تبلیغات
علم و دانش
آموختن علم و دانش بیشتر

مقدمه وبلاگ علم و دانش

تاریخ:چهارشنبه 28 تیر 1396-05:31

علم ، كلیدی كه تمام درها را می گشاید

دانش به معنای دانه ی اندیشه و دانشوری است که جای پاشیدن این دانه،در ذهن انسان است. هر داده دانشی, کلید رازی از چیستان های طبیعت است که پرده از روی پدیده پنهانی برمی دارد و ما را با پیوندی میان دو یا چند چیز آشنا می کند. برای نمونه، دانستن این نکته که آتش آب را گرم می کند و به جوش می آورد، دانه ای دانشی ست که در ذهن کسی که برای نخستین بار با آن آشنا می شود، کاشته می شود. این دانه اندک اندک در ذهن پرورش می یابد و بارور می شود و پیوندهای تازه ای میان آب و آتش آشکار می کند؛ این که با اتش می توان یخ را آب کرد و آب را بجوش آورد و میکروب ها و باکتری های آن را کشت و آن را بی خطر ساخت و نیز گوشت ها، میوه ها و سبزیجات سفت را در آن آب نرم کرد و یا پخت و هم با آب آتشناک، آلودگی ها را زدود و نیز فضای بسته ای را گرم کرد و با کاربرد آب و آتش، ماشین بخار ساخت و هزار و یک.......

 این گونه، دانش، ابزار پیروزی انسان برطبیعت می شود و سازگاری بیشتر او را با زیست بومش فراهم می کند. هر جا نیز که این زیست بوم سخت سری می کند و به نیازهای انسان گردن نمی نهد، وی آن را بازسازی و بازپردازی می نماید تا در راستای نیازهای خود شکل دهد.


     




نمونه سوال برای شیمی آلی

تاریخ:پنجشنبه 25 آبان 1391-16:31

1-به موادی كه دارای فرمول مولكولی یكسان ولی دارای خواص متفاوت باشند .................گویند .
الف ) ایزومر ب ) پلیمر ج ) ایزوتوپ د ) همولوگ

2- سری همولوگ ( همرده ) به تركیبهایی اطلاق می شوند كه در یك گروه ....................با هم تفاوت دارند .
الف ) CH4 ب ) CH3 ج ) C2H2 د ) CH2

3-فرمول عمومی بنیان آلكیل كدام است ؟
الف ) CnH2n+2 ب ) CnH2n+1 ج ) CnH2n-2 د) CnH2n-1

4- كدام گاز به گاز مرداب معروف است ؟
الف ) CH4 ب ) C2H6 ج ) C3H8 د ) C4H10

5- سیكلوهگزان جز كدام دسته از تركیبات آلی است ؟
الف ) آلكانها ب ) آلكینها ج ) آلكیل بنزن د ) آلیفاتیكهای حلقوی

6- علت اصلی فراوانی تركیبهای آلی كدام است ؟
الف ) میان اتم های كربن پیوند كووالانسی محكمی تشكیل می شود .
ب ) هر اتم كربن می تواند چهار الكترون ظرفیتی خود را به اشتراك گذارد .
ج ) در شیمی آلی اغلب چند ماده مختلف فرمول مولكولی یكسان دارند .
د ) كربن علاوه بر پیوند ساده می تواند پیوندهای دوگانه و سه گانه به وجود آورد .

7- كدام گزینه غلط است ؟
الف ) سرعت واكنش های مواد معدنی با هم نسبتا كم و برای مواد آلی بسیار زیاد است .
ب ) گوناگونی عناصر در مواد معدنی بسیار زیاد و در مواد آلی محدود است .
ج ) نخستین بار وهلر از حرارت دادن سیانات آمونیوم اوره را به دست آورد .

8- كدام دو ماده زیر همولوگ هم هستند ؟
الف ) نئوپنتان – ایزوبوتان ب ) نئوپنتان – ایزوپنتان ج ) ایزوبوتان – پنتن د ) ایزوپنتان – پنتن

9- عبارات زیر از ویژگی های تركیبات آلی است به جز ...................
الف)تعداد تركیبهای بی شماری دارند .
ب) پیوندها بطور عمده از نوع كووالانس است .
ج) عموما نقطه ذوب بالا دارند .
د) بطور گسترده در آن ایزومری یافت می شود .

10- اولین تركیب آلی كه در آزمایشگاه تهیه شد .......... است كه توسط ........ به دست آمد .
الف ) اوره – برتلو ب ) متان – برتلو ج ) اوره – وهلر د ) متان – وهلر

11- كدامیك از تركیبات زیر همولوگ C2H2 است ؟
الف ) CH4 ب ) C2H4 ج ) C6H6 د ) C4H6

12- در تركیب روبرو تعداد .............اتم هیدروژن و تعداد ..............پیوند سیگما وجود دارد C-C=C-C=C
الف ) 10-5 ب ) 10-6 ج ) 9-6 د ) 9-5

13- به چه دلیل شیمیدانان عناصر را طبقه بندی كردند ؟
الف ) تقسیم كردن عناصر به دو گروه فلزات و غیر فلزات
ب ) پیش بینی كردن عناصر ناشناخته در طبیعت
ج ) مشكل بودن بررسی خواص تك تك عناصر شیمیایی و تركیبات آنها
د ) مشكل بودن تعیین جرم اتمی درست عناصر

14- كدام هیدروكربن ایزوپنتان نیست ؟
الف ) ایزوپنتان ب ) سیكلوپنتان ج ) نئوپنتان د ) n پنتان

15- نقطه جوش كدام ایزومرپنتان بالاتر است و علت آن چیست ؟
الف ) ایزوپنتان – كوتاهتر بودن زنجیر اصلی
ب ) پنتان نرمال – نزدیكتر شدن مولكول ها به یكدیگر
ج ) پنتان نرمال – بیشتر بودن قطبیت مولكول
د ) ایزوپنتان – اثر القایی شاخه های متیل

16- نام تركیب CH3CH2 C(CH3)3 به روش آیوپاك كدام است ؟
الف ) تری متیل پروپان ب ) 2 و 2 – دی متیل بوتان
ج ) 2- متیل پنتان د ) 3 و 3- متیل پروپان

17-نام CH3-CH(CH3)-C(CH3)2-C2H5 به روش آیوپاك كدام است ؟
الف ) 2 و 3 و 3- تری متیل پنتان ب ) 2 و 3- دی متیل – 2- اتیل بوتان
ج ) 3- اتیل –2و 3- دی متیل بوتان ج ) 3 و 3 و 4- تری متیل پنتان

18-نام C2H5—CH2-CH(C2H5)-CH(CH3)2 به روش آیوپاك كدام است ؟
الف ) 2- متیل 3- اتیل هگزان ب ) 3-اتیل – متیل هگزان
ج ) 2- اتیل 1 و 1 دی متیل پنتان د ) 3—ایزوپروپیل هگزان

19- نام CH3 CH(Br)CH2CCl(CH3)2 به روش آیوپاك كدام است ؟
الف ) 2- برومو 4- كلرو 2- متیل پنتان ب ) 2- كلرو 4- برومو 2- متیل پنتان
ج ) 4- برومو 2- كلرو 2- متیل پنتان د ) 3- برومو – كلرو 1 و 1- دی متیل بوتان

- نام C2H2 CH(F)CH(C2H5-CH3 به روش آیوپاك كدام است ؟
الف ) 3- فلوئورو 2- اتیل پنتان ب ) 3- فلوئورو 4- اتیل پنتان
ج ) 4- فلوئورو 3- متیل هگزان د ) 3- فلوئورو 4- متیل هگزان

21- نام هیدروكربنی به فرمول CH3 CH2 C(CH3)2 CH(CH3)2 به روش آیوپاك كدام است ؟
الف ) 1و 1 و 2 و 2- تترامتیل بوتان ب ) 2 و 3 و 3 – تری متیل پنتان
ج ) 3 و 3 – دی متیل ایزوهگزان د ) 1- متیل – 2 و 2- دی متیل هگزان

22- فرمول مولكولی 3- اتیل –2و 3 دی متیل پنتان كدام است ؟ (79)
الف ) C7H16 ب ) C9H18 ج ) C9H20 د ) C7H14

23- كدامیك از تركیبات زیر ایزوهگزان است ؟
الف ) C2H5CH(CH3)C2H5 ب ) (CH3)3C-C2H5
ج ) (CH3)2CH-CH2 CH2 CH2 C2 H5 د ) (CH3)2 CHCH2 C2H5

24- كوچكترین هیدروكربنی كه هر چهار نوع اتم كربن را دارد كدام است ؟
الف ) (CH3)3C-CH(CH3)-CH2-CH3
ب ) CH3-CH(CH3)-CH(CH3)2-C(CH3)3
ج ) CH(CH3)2-C(CH3)2-CH3
د ) CH3-C(CH3)2CH(CH3)-(CH2)2-CH3

25- در C6H14 چند ایزومرباكربن نوع دوم وجود دارد ؟
الف ) 1 ب ) 2 ج ) 3 د ) 4

26- در فرمول ساختمانی (CH3)2CHCH(CH3)CH2 C(CH3)3 چند اتم كربن نوع سوم وجود دارد ؟
الف ) 6 ب ) 3 ج ) 4 د ) 5

27- در تركیب 3- متیل پنتان كدام نوع اتم كربن وجود ندارد ؟
الف ) نوع اول ب ) نوع دوم ج ) نوع سوم د ) نوع چهارم

28- كدام واكنش از مراحل مختلف مكانیسم كلردار كردن متان گرماگیر است ؟
الف ) CH3+CL CH3 CL ب ) CL2 2 CL
ج ) CH4+CL CH3+HCL د ) 2 CL CL2

29- كدام ماده فرآورده واكنش كلر با متان در مقابل پرتو فرابنفش نیست ؟
الف ) Hcl ب ) C2H6 ج ) CH3cl د ) cl2

30- در واكنش كلردار كردن متان در برابر پرتوهای فرابنفش كدام تركیب بدست نمی آید ؟
الف ) CCL4 ب ) CH3Cl ج ) C2H6 د ) C2H5Cl

31- كدامیك رادیكال نوع سوم است ؟
الف ) (CH3)2 CH CH2 ب ) C2H5 CH2
ج ) (CH3)3C د ) C3 H7

32- در كلرواسیون رادیكالی متان در حضور اشعه فرابنفش كدام واكنش مربوط به مرحله پایانی زنجیر است ؟
الف ) CH3+CL-CL CH3CL+CL
ب ) CH3+0CL CH3CL
ج ) CL-CL 2 CL
د )CL+CH4 HCL+CH3

33- متان در واكنش انفجاری با گاز كلر به كدام دو ماده تبدیل می شود ؟
الف ) استیلن و كلرید هیدروژن ب ) كربن و كلرید هیدروژن
ج ) گاز هیدروژن و كلرومتان د ) گاز هیدروژن و دی كلرومتان

34- از واكنش سوختن ناقص متان در هوای محدود كدام دو ماده زیر تولید می شود ؟
الف ) آب و دی اكسید كربن ب ) آب و مونو كسید كربن
ج ) دوده و آب د ) مونوكسید كربن و دی اكسید كربن

35- روند شدت واكنش هالوژنها با متان از بالا به پایین در گروه هفتم جدول چگونه است ؟
الف ) كاهش می یابد و به ترتیب زیر است : F2>CL2>Br2
ب ) افزایش می یابد و به ترتیب زیر : Br2>CL2>F2
ج ) كاهش می یابد و به ترتیب زیر است : Br2>CL2>F2
د ) افزایش می یابد و به ترتیب زیر است : F2>CL2>Br2

36- فرمول تجربی یك هیدروكربن CH2 و چگالی بخار آن نسبت به هلیم 14 است فرمول مولكولی آن كدام است (H=1,C=12,He=4)
الف ) C4H8 ب ) C2H4 ج ) C3H6 د ) C5H10

37- یك لیتر هیدروكربن پارافینی در شرایط استاندارد تقریبا 09/5 گرم وجود دارد نسبت اتم های هیدروژن به كربن در مولكول این تركیب كدام است ؟
الف ) 2 ب ) 25/2 ج ) 5/2 د ) 5

38- از كلراسیون رادیكالی متان محصول كلرداری جدا می شود كه 12/4 مرتبه سنگین تر از هوا است فرمول این محصول كدام است ؟
الف ) CH3CL ب ) CH2CL2 ج ) CCL4 د ) CHCL3

39- چگالی به حالت بخار یك هیدروكربن سیر شده نسبت به هوا برابر 2 است فرمول مولكولی هیدروكربن كدام است ؟ H=1,C=12,CL=35/5
الف ) CH4 ب ) C2H6 ج ) C3H8 د ) C4H10

- یك لیتر بخار هیدروكربن سیر شده در شرایط استاندارد 97/1 گرم وزن دارد . فرمول مولكولی هیدروكربن كدام است ؟
الف ) C2H6 ب ) C3H8 ج ) C4H10 د ) C5H12

41- از سوختن كامل 12/1 لیتر بخار هیدروكربن سیر شده در شرایط دما و فشار استاندارد 11 گرم و CO2 تولید می شود ؟ فرمول مولكولی هیدروكربن كدام است ؟
الف )C2H6 ب ) C3H8 ج ) C4H10 د ) C5H12

42-یك هیدروكربن سیر شده به حالت گاز 8 برابر حجم خود اكسیژن برای سوختن كامل لازم دارد . فرمول مولكولی هیدروكربن كدام است ؟
الف ) C2H6 ب ) C3H8 ج ) C4H10 د ) C5H12

43- كدام گزینه نادرست است ؟
الف ) واكنش كلراسیون متان یك واكنش افزایشی است .
ب ) واكنش كلراسیون متان یك واكنش جانشینی رادیكالی است .
ج ) واكنش انفجاری گاز متان با گاز كلر یك واكنش انفجاری است .
د ) واكنش كلراسیون متان یك واكنش زنجیره ای است .

44- كدام گزینه درست است ؟
الف ) نفت در آب حل نمی شود زیرا هر دو تركیب قطبی هستند .
ب ) نفت در آب حل می شود ، طبق قاعده قطبی در قطبی حل می شود .
ج ) نفت در آب حل نمی شود زیرا نفت غیر قطبی و آب قطبی است .
د ) نفت در آب حل می شود ، زیرا هر دو تركیب غیر قطبی هستند .

45- نام تركیب (CH3)2 C=C(CH3)2 به روش آیوپاك كدام است ؟
الف ) دی متیل 2-بوتن ب ) 2و 3- متیل بوتن
ج ) دی متیل بوتن د ) هر سه

46- كدامیك از گروههای زیر در بیان در هنگام نامگذاری تقدم دارد ؟
الف ) –CH3 ب ) –C2H5 ج ) –Br د ) –CL

47-در مورد آلكن ها عبارات زیر صحیح است به جز
الف ) استیلن و كلرید هیدروژن ب ) كربن و كلرید هیدروژن
ج ) گاز هیدروژن و كلرومتان د ) گاز هیدروژن و دی كلرومتان

48- موارد زیر شباهت آلكن ها و آلكان هاست به جز ...
الف ) در حلاهای آلی محلولند .
ب ) نقطه جوش آنها با افزایش تعداد كربن افزایش می یابد .
ج ) نقطه جوش به هم نزدیك دارند .
د ) فعالیت شیمیایی بسیار كمی دارند .

49- كدامیك دمای جوش بیشتری دارند ؟
الف ) ترانس 1 و 2- دی كلرواتیلن ب ) ترانس 2- بوتن
ج ) سیس 2- بوتن د ) سیس 1و 2- دی كلرو اتیلن

50- تعداد كل ایزومرهای آلكنی C4H2 برابر كدام است ؟
الف ) 3 ب ) 4 ج ) 5 د )
51- كدام مولكول ایزومر فضایی دارد ؟
الف ) بوتن ب ) پنتن ج ) 2- بوتن د ) 2- متیل بوتن

52- تركیب C5H10 چند ایزومر هندسی دارد ؟
الف ) 4 ب ) 5 ج ) 6 د )7

53- اتیلن گلیكول چگونه تهیه می شود ؟
الف ) تركیب اكسید اتیلن با آب ب ) تركیب اتیلن با گاز اكسیژن
ج ) دیمریزاسیون دو ملكول متانول د ) واكنش افزایش استیلن با آب

54- نام هیدروكربن (CH3)2 C-CH=CH-CH3 به روش آیوپاك كدام است ؟
الف ) 1 و 1 و 1- تری متیل – 2- بوتن ب ) 2و2- دی متیل 3- پنتن
ج ) 2و 2 – دی متیل – 4- پنتن د ) 4و4- دی متیل – 2- پنتن

55- 28/0 گرم از یك هیدروكربن اتیلنی با 8/0 گرم برم اشباع می شود فرمول مولكولی این هیدروكربن كدام است ؟ (Br=80,c=12,H=1)
الف ) C6H12 ب ) C3H6 ج ) C4H8 د ) C2H4

56- در كدام واكنش افزایشی قاعده ماركونیكوف اجرا شده است ؟
الف ) CH3CH=CH2+HBr=CH3CH2CH2Br
ب ) CH3CH=CH2+HI=CH3CHICH3
ج ) CH3CH=CH2+Br2=CH3CHBrCH2Br
د ) CH2=CH2+H2O=CH3CH2OH

57- 25/1 گرم از یك هیدروكربن گازی به فرمول CnH2n در شرایط متعارفی حجمی برابر یك لیتر اشغال می كند فرمول آن كدام است ؟
الف ) C2H4 ب ) CH2 ج ) C3H6 د ) C4H8

58- كدام مطلب نادرست است ؟
الف ) اتیلن و سایر آلكن ها بر خلاف آلكانها محلول اسیدی بنفش رنگ پر منگنات پتاسیم را بی رنگ می كنند .
ب ) برای نامگذاری هیدروكربنهای اتیلنی به روش آیوپاك ابتدا باید بلندترین زنجیر كربنی را مشخص كرد
ج ) در واكنشهای افزایشی آلكن ها یك پیوند كوالانسی نسبتا ضعیف جای خود را به دو پیوند كوالانسی می دهد
د ) 1 و 2- دی برمواتان مایعی بی رنگی است كه در بالا بردن میزان بهسوزی بنزین كاربرد فراوان دارد .

59- از واكنش كلرید هیدروژن با متیل پروپن كدام ماده تولید می شود ؟
الف )2- كلرو – 1- پروپن ب )1-كلرو- 1- پروپن
ج ) 2-كلرو-2- متیل پروپان د ) 1- كلرو-2- متیل پروپان

- نام تركیبی به فرمول CH2=CH-C(CH3)2-CH(C2H5)2 به روش آیوپاك كدام است ؟
الف ) 4 و 4- دی اتیلن – 1و 3- بوتادی ان
ب ) 4و 4- دی متیل – 1 و 3- بوتادی ان
ج ) 3و3- دی متیل – 4 – اتیل –1- هگزن
د ) 3و5- دی اتیل – 1و 3- پنتادی ان

61- نام تركیبی به فرمول (CH3)2 CH –C -C2 H5 به روش آیوپاك كدام است ؟
CH2
الف ) 2- اتیل 3- متیل 1- بوتن ب ) 2- متیل 3- پنتن
ج ) 3- اتیل 2- متیل 3- بوتن د ) 2- ایزوپروپیل 1- بوتن

62- تركیب درصد وزنی كربن در كدام هیدروكربن 3/92 درصد است ؟
الف ) اتن ب ) اتین ج ) اتان د ) متان

63- پی . وی . سی (pvc) پلیمر كدام ماده است و در صنعت بیشتر از كدام ماده تهیه می شود ؟
الف ) كلرید وینیل ، استیلن ب ) دی كلرواتن ، اتیلن
ج ) كلرید وینیل ، اتیلن د ) دی كلرواتن ، استیلن

64- كدامیك نام واحدهای سازنده مولكول كائوچوی طبیعی است ؟
الف ) نئوپرن ب ) كلروپرن ج ) لیمونن د ) ایزوپرن

65- كدامیك از تركیبات زیر یك آلكین را نشان می دهد ؟
الف ) CH5H10 ب ) C6H14 ج ) C3H4 د ) C2H4

66- از مخلوط كدام ماده كلرید وینیل حاصل می شود ؟
الف ) CH2=CH2+HCL ب ) CH=CH+HCL
ج) CH=CH+CL2 د) CH2=CH2+CL2

67- تركیبی با فرمول C5H10 چند ایزومر حلقوی دارد ؟
الف ) 3 ب ) 4 ج ) 5 د ) 6

68- از سوختن كامل 2/11 لیتر كدام هیدروكربن در شرایط متعارفی 5/1 مول آب تولید می شود ؟
الف ) C2H6 ب) C3H8 ج ) C4H10 د ) C5H12

69- هیدروكربنی است استیلنی كه نسبت وزن هیدروژن آن به كربن 125/0 می باشد فرمول هیدروكربن كدام است ؟
الف ) C2H2 ب ) C3H4 ج ) C4H6 د ) C5H8

70- عمل كراكینگ حرارتی در صنعت نفت عبارت است از تبدیل ........................
الف ) مولكولهای هیدروكربن مایع به مولكول گازی شكل در اثر حرارت
ب ) مولكول هیدروكربن های سنگین به مولكول های سبكتر در اثر حرارت
ج ) هیدروكربنهای زنجیری به هیدروكربنهای حلقوی
د ) هیدروكربنهای بدون شاخه به هیدروكربنهای شاخه دار

71- اگر از تاثیر آب بر 2 گرم كربید كلسیم 560 میلی لیتر گاز در شرایط استاندارد تولید می شود درجه خلوص آن كدام است ؟ (H=1,C=12,Ca=40)
الف ) 6/0 ب ) 7/0 ج ) 9/0 د ) 8/0

72- 35/1 گرم از یك هیدروكربن مونواستیلنی می تواند 8 گرم برم را بطور كامل بی رنگ می كند جرم مولكولی این هیدروكربن كدام است ؟ (Br=80)
الف ) 27 ب ) 162 ج ) 108 د ) 54

73- از پلیمریزاسیون استیلن در حضور كلرید مس (I) كدامیك از مواد زیر تولید می شود ؟
الف ) تولوئن ب ) 1 و 3- بوتادی ان ج ) بنزن د ) وینیل استیلن

74- از افزایش HBr به 1- پنتن در غیاب پراكسید كدام تركیب زیر بدست می آید ؟
الف ) بروموپنتان ب ) 1و2- دی برموپنتان
ج ) 2- برموپنتان د ) 1-برمو-1- پنتن


75- كدام تركیب در تهیه استیلن كاربردی ندارد ؟
الف ) اتیلن ب ) بنزن ج ) متان د ) كربید كلسیم

76- كلردار كردن كدام دو تركیب در برابر پرتو فرابنفش دو مشتق مونوكلرو می دهد ؟
الف ) اتیل بنزن – ایزوبوتان ب ) تولوئن – سیكلوپنتان
ج ) متیل سیكلو هگزان – بوتان د ) نئوپنتان – كلرید بنزیل

77- از سوختن كامل 05/0 مول از كدام هیدروكربن 3360 میلی لیتر بخار آب در دما و فشار استاندارد تولید می شود ؟
الف ) C6H12 ب ) C6H14 ج ) C3H6 د ) C3H8

78- نام آیوپاك كدام فرمول شیمیایی درست است ؟
الف ) 1- برمو-2- اتیل – بوتین CH3-C-C=C-Br
ب ) كلرید متیلن CH2CL2
ج ) 2- متیل –4- كلرو 2- پنتن CH3-CH-CH=C-C
د)هیچكدام

79- در چند ایزومر ساختاری ازC6H10 هیدروژن اسیدی وجود دارد ؟
الف ) 2 ب ) 3 ج ) 4 د ) 5

80- در واكنش میان HBr با كدام ماده محصول عمده برومید پروپیل است ؟
الف ) CH3-CH=CH2 ب ) CH3-CH2-CH3
ج ) CH3-C=CH



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

مشاهده مستقیم کهکشان‌های تاریک برای نخستین بار

تاریخ:چهارشنبه 17 آبان 1391-22:35

تیمی بین‌المللی از ستاره‌شناسان موفق به رصد مستقیم چندین کهکشان تاریک برای نخستین بار از طریق مشاهده درخشش فلورسنت گازهای هیدروژن آن‌ها شدند. این گاز توسط اشعه ماورابنفش نواختر مجاور این کهکشان‌ها روشن می‌شود.

به گزارش علم پرس به نقل از ایسنا، بسیاری از مردم کهکشان‌ها را جزایر عظیم مملو از ستارگان، گاز و غبار می‌دانند.

با این حال بر اساس پیش‌بینی تئوری‌های علمی، انواع دیگر کهکشان وجود دارند که خالی از ستاره هستند و از گازهای متراکم تشکیل شده‌اند. این کهکشان‌های “تاریک” به دلیل پس‌زمینه سیاه و سفید کیهان قابل رویت نیستند.

به گفته مارتین هانلت از دانشگاه کمبریج، کهکشان‌های تاریک ترکیبی از ماده تاریک و گاز هستند اما به دلایلی قادر به تشکیل ستارگان نبوده‌اند.

مطابق پیش‌بینی‌ تعدادی از مدل‌های تئوریک، وجود کهکشان‌های تاریک در اوایل جهان امری معمول بوده‌ زیرا در آن زمان تشکیل ستارگان توسط کهکشان‌ها بسیار دشوار بوده است.

بخشی از این موضوع به دلیل ناکافی بودن تراکم گاز آن‌ها برای شکل‌گیری ستارگان عنوان شده است. در زمان‌های بعدی کهکشان‌ها توانستند ستارگان را تشکیل داده و به شکل کنونی درآیند.

هانلت عضوی از تیم علمی است که موفق به کشف این کهکشان‌ها شده است. به ادعای وی، جد کهکشان راه شیری یک کهکشان درخشان کوچک‌تر بوده که با کهکشان‌های تاریک مجاور در هم آمیخته و این امر موجب ظهور کهکشان ما شده است.

به گفته سباستیانو کانتالوپا از دانشگاه کالیفرنیا نیز، کهکشان‌های تاریک بلوک‌های سازنده کهکشان‌های مدرن هستند. آن‌ها گازهای عظیمی را برای کهکشان‌های بزرگ به ارمغان می‌آورند و این امر روند تشکیل ستارگان در این کهکشان‌ها را تسریع می‌بخشد.

تکنیک‌های به کار رفته جهت رصد کهکشان‌های تاریک می‌توانند روش نوینی را برای مطالعه پدیده‌های دیگر در کیهان از قبیل “شبکه کیهانی” (cosmic web) ارائه دهند.

شبکه کیهانی تارهای نامرئی از گاز و ماده تاریک هستند که گفته می‌شود جهان مملو از آن‌هاست و کهکشان‌ها و خوشه کهکشان‌ها را در جایی که این رشته‌ها متقاطع می‌شوند، خلق و تغذیه می‌کنند.



نوع مطلب : نجوم(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

چند مولکول آب برای ساخت یخ نیاز است؟

تاریخ:چهارشنبه 17 آبان 1391-22:20

چند مولکول آب لازم است تا کوچکترین بلور یخ ممکن را بسازیم؟ حدود 275. این نتیجه ای است که محققانی از آلمان و جمهوری چک با ساخت روشی بدیع در کاوش خوشه های بزرگی از مولکول های آب گرفته اند. یافته های آن ها می تواند برای درک شکلگیری یخ در ارتفاعات بالای جو مفید باشد.

خوشه های آب، گردایه ای از مولکول های آب هستند که با پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی کنار هم نگه داشته شده اند. تاکنون اکثر مطالعات متمرکز بر خوشه های کوچک 12 مولکولی(یا کمتر) بودند و ساختار این اجسام شباهت اندکی با توده های یخ داشت. در چند سال گذشته، دانشمندان ژاپنی روشی مبتنی بر طیف‌نگاری توسعه داده اند که خوشه های آب تا 50 مولکول را می کاود. با این وجود، تحلیل ساختاری دقیق خوشه های 100-1000 مولکولی فراتر از سطح این روش بود. اهمیت خوشه های 100-1000 تایی در این است که انتظار می رود بلور شدن یخ در این خوشه ها رخ دهد.

مشکل اصلی در خوشه های بزرگ آب، دانستن تعداد دقیق مولکول های آب در آن هاست. این کار با طیف‌نگاری جرمی و تاباندن تابش پر انرژی به خوشه ها و یونیزه کردن آن ها صورت می گیرد که می تواند خوشه را به تکه های کوچک بشکند. به علاوه، پژوهشگران ترجیح می دهند به جای خوشه های آب باردار، خوشه های خنثی را مطالعه کنند زیرا اکثر فرایندهای بلور شدن یخ در طبیعت چنین هستند.

خوشه های آب آلاییده

اکنون، پژوهشگران من جمله توماس زوک[1] از موسسه شیمی-فیزیک گوتینگن، آلمان، راهی را برای تحلیل خوشه های چندصد مولکولی خنثی آب یافته اند. موفقیت آن ها به خاطر دو ترفند هوشمندانه است. اولی این که هر خوشه آب با یک اتم سدیم آلاییده شده است. استفاده از این فلز بسیار واکنشگر، باعث می شود که آب آلاییده آسانتر از خوشه های خالص یونیزه شود و تضمین می کند که الکترون به جای جدا شدن از خوشه آب خالص، از سدیم جدا می شود.

دومین ترفند این است که قبل از یونش، خوشه های آلاییده با تابش فروسرخ تحریک شدند. این کار دمای آن ها را زیاد می کند و ساختارشان به نحوی تغییر می کند که پتاسنیل یونش آن ها کم می شود. بعد از این، خوشه ها با لیزر فرابنفش 390 نانومتر یونیزه می شوند. این لیزر به حد کافی انرژی کمی دارد که باعث شکستن خوشه ها نشود. اندازه این خوشه های آب یونیزه با استفاده از روش طیف‌نگاری جرمی زمان پرواز[2] تعیین می شود.

سپس، برای کشف ساختار آن ها، طیف فروسرخ خوشه های آب محاسبه می شود. تابش فروسرخ با عددموج های 2800 تا 3800 یک بر سانتی متر به کار رفت؛ این ها متناظر با بسامدهای نوسانی پیوندهای اکسیژن-هیدروژن هستند. طیف‌نگاری نوسانی، آرایش مولکول های آب را درون خوشه مشخص می کند. برای مثال، می دانیم که یخ بلوری در عددموج حدود 3200 بر سانتی متر، جذب بیشینه دارد در حالی که بیشینه یخ بی ریخت و آب مایع در حدود 3400 بر سانتی متر است.

تبدیل آب به یخ

زوک و همکارانش طیف فروسرخی برای اندازه خوشه(از 85 تا 475 مولکول) به دست آوردند. همان طور که انتظار می رفت، به همان نسبت که اندازه خوشه افزایش می یابد، بیشینه های طیف به سمت اعداد موج کمتر می رود. گذار از 3400 به 3200 بر سانتی متر، در حدود 275 مولکول آغاز می شود؛ در این لحظه یخ بلوری در مرکز خوشه به وجود می آید و حلقه ای از شش مولکول آب با آرایش چهار وجهی درست می شود.

به همان نسبت که اندازه خوشه افزایش می یابد، هسته بلور به تدریج رشد می کند. با 475 مولکول، طیف فروسرخ در ساختار یخ الب است: شکل گیری بلور یخ تقریبا کامل بود. این رفتار با پیش بینی های نظری گروهی دیگر در سال 2004 همخوانی دارد.

زوک می گوید:«چندان شگفت انگیز نیست که وقتی تعداد معینی مولکول آب را کنار هم می آوریم، آب بلوری می شود. اما مسئله این جاست که این اتفاق در کجا اتفاق می افتد؟ اکنون ما روشی ساخته ایم که بازه رخ دادن بلوری شدن را نشان می دهد.»

سفر به استراتوسفر...

این روش جدید به دانشمندان کمک می کند تا فرایندهای شکل گیری ابر در اتمسفر زمین را بفهمند. زوک می گوید:«نواحی در استراتوسفر وجود دارند که هیچ محل جوانه‌زنی[3] ندارند. در همین محل هاست که بلورهای یخ مستقیما از مولکول های آب شکل می گیرند.» او می افزاید:«دسنامیک این فرایند را اکنون می توان با جزییات بیشتری مدل کرد.»

فرانچسکو پاسانی[4]، شیمیدانی از دانشگاه کالیفرنیا-سن دیگو که خوشه های آب را مطالعه می کند، می گوید:«این نتایج واقعا هیجان آور هستند.» او نظرش را این طور بیان می کند:«ذرات نانومتری آب نقشی مهم در جو بازی می کند و بلورهای یخ را می توان در بسیاری از ابرها یافت. بنابراین، درک چگونگی بلوری شدن خوشه های آب، درکی بنیادین از شکل گیری و ویژگی های ابرها پدید می آورد که آن ها نیز متعاقبا بر آب و هوا و تابش زمین اثر می گذارند.»

زوک باور دارد که این پژوهش به دانشمندان کمک می کند تا برهمکنش میان خوشه های آب را در شبیه سازی های دینامیک مولکولی بهتر مدلسازی کنند. درک دقیق نحوه رفتار این خوشه های آب در حجمی از آب، هدفی کلیدی و یکی از بزرگترین مسایل حل نشده شیمی است.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

نور را هم می‌شود گره زد .

تاریخ:پنجشنبه 11 آبان 1391-12:47

نور را هم می‌شود گره زد .

تحقیقات جدید تیمی بین‌المللی متشکل از فیزیکدانان نشان می‌دهد نور می‌تواند گره زده شود .

به گزارش ایسنا، دکتر آنتون دیزیاتنیکوف از مرکز فیزیک هسته‌ای دانشگاه ملی استرالیا عضوی از تیم بین‌المللی است که در حال طراحی گره‌هایی در نور است.

وی و همکارانش با استفاده از مفاهیم ریاضی و فیزیک در تلاش برای خلق گردابه‌های نوری دارای هسته‌های تیره در یک پرتو لیزری شفاف بودند که سپس می‌توانند در هم بپیچد و حلقه زنجیر و گره‌هایی را شکل دهند.

آنچه که در مورد این گره‌های تاریک جالب به نظر می‌رسد این است که آنها هر آنچه را که جریان برق انجام می‌دهد، به نمایش می‌گذارند.

ایده گره زدن نور سال‌هاست که ذهن دانشمندان را به خود مشغول ساخته و تیم‌های علمی اندکی با مهندسی کردن دقیق پرتوهای لیزر دارای گره‌های "مصنوعی" یا "ساخته شده توسط دست" این رویا را محقق کرده‌اند.

با این حال هدف تیم علمی بین‌المللی حاضر در این پروژه، خلق مدل‌هایی است که در آنها گره‌ها به طور آنی خودشان را شکل می‌دهند، درست مانند گره‌های آزاردهنده‌ای که همواره در کابل‌های الکتریکی به وجود می‌آیند.

بر خلاف کابل‌های الکتریکی که تمایل به ایجاد گره دارند، نور فاقد چنین تمایلی است. دانشمندان دریافته‌اند که تحریک کردن گره‌ها برای تشکیل شدن در پرتوهای لیزر با معرفی آشفتگی در شکل نقاط لیزری به ندرت گره‌ها را تحریک به تشکیل شدن می‌کند.

مدل‌های جدید نشان می‌دهند که قبل از گره‌زدن آسان نور باید پارامترهای کلیدی نور در طیف خاصی را در اختیار داشت و پس از رسیدن به این مولفه‌ها تشکیل گره‌ها تضمین شده است.

تیم محقق هنوز قادر به پیش‌بینی مکان دقیق شکل گرفتن این گره‌ها نیستند. آن‌ها فقط می‌دانند که تحت شرایطی خاص گردابه‌های نوری به طور آنی تشکیل هسته می‌دهند و جمع می‌شوند و خود را به شکل گره‌های کوچکی در می‌آورند.

این موفقیت، کاربردهای بالقوه در پرتوهای لیزر، اپتیک مدرن و حتی محاسبات کوانتومی دارد.



نوع مطلب : نور(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

نوع جدیدی از پیوند شیمیایی

تاریخ:پنجشنبه 11 آبان 1391-12:37

نوع جدیدی از پیوند شیمیایی

پژوهشگران نوع جدیدی از پیوند شیمیایی را کشف کردند که با دو مدل کووالانسی و یونی که مدل‌های کلاسیک هستند متفاوت است. این پیوند تنها در میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی - ده‌ها هزار برابر قوی‌تر از مقدار تولید شده در آزمایشگاه تشکیل می‌شود

به گزارش ایسنا، رسیدن به این مقدار میدان مغناطیسی توهم و خیال نیست. دانشمندان معتقدند که این مقدار میدان مغناطیسی در فضای میان برخی ستارگان در حال چرخش موسوم به کوتوله‌های سفید وجود دارد. کوتوله‌های سفید دارای دانسیته جرمی بسیار بالایی هستند، این اجسام زمانی که عمر یک ستاره، نظیر خورشید، به پایان می‌رسد تشکیل می‌شوند.

ستاره بعد از پایان عمر خود دچار فروپاشی می‌شود اگر جرم آن به‌حدی نباشد که تبدیل به سیاه‌چاله یا ستاره نوترونی شود، کوتوله سفید تشکیل می‌شود. یک کوتوله سفید در ابعاد زمین، جرمی در حد نصف خورشید ما را دارد. با توجه به جرم بالای آن و سرعت بالای چرخش، میدان مغناطیسی تشکیل شده در کوتوله سفید بسیار قوی بوده و در حد 100 هزار تسلا است. یک دستگاه MRI معمولی میدانی در حد 1.5 تسلا دارد.

این پژوهش توسط محققان دانشگاه اوسلو انجام شده است، نتایج این تحقیق درک بنیادینی درباره برهمکنش‌های الکترونیکی با میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند، همچنین از شیمی عجیب موجود در فضای بین ستاره‌ای پرده برمی‌دارد. پیوندهای اتمی در روی زمین توسط نیروی‌های الکترواستاتیکی تعیین می‌شوند در نتیجه میدان مغناطیسی هیچ‌گاه مد نظر قرار نمی‌گیرند. اما در فضای بین ستاره‌ای میدان مغناطیسی قوی وجود دارد که روی پیوندها تاثیر شگرفی دارد.

این گروه تحقیقاتی با استفاده از مدل‌سازی کامپیوتری موسوم به برهمکنش پیکربندی کامل (FCI) سرنوشت مولکول‌های هیدروژن را در میدان‌های مغناطیسی بالا مورد مطالعه قرار دادند.

در حالت پایه، که کمترین سطح انرژی الکترون است، با افزایش میدان مغناطیسی مولکول‌ها دچار افزایش انرژی می‌شوند و پیوندهای قوی‌تر خواهند داشت، این پیوندها موازی میدان خواهند بود. زمانی که یک مولکول برانگیخته می‌شود الکترون به اربیتال ضد پیوندی رفته و مولکول به اعضای سازنده خود تجزیه می‌شود. اما در میدان مغنطیسی قوی اوربیتال مولکولی در جهت عمود بر میدان مغناطیسی جهت‌گیری می‌کند. الکترون برانگیخته شده با میدان مغناطیسی برهمکنش داده و پیوند میان اتم‌ها برقرار باقی می‌ماند. این پیوند نه یونی و نه کوالانسی است بلکه نوع جدیدی از پیوند اتمی محسوب می‌شود که پارامغناطیس است.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

اوربیتال اتمی

تاریخ:چهارشنبه 10 آبان 1391-20:36

از نظر لغوی ، اوربیتال به معنای خانه الکترون می‌باشد و ناحیه‌ای است که احتمال یافتن الکترون در آن زیاد است. معادله شرودینگر پایه مکانیک موجی است. این معادله بر حسب یک تابع موجی (ψ) برای الکترون نوشته می‌شود. از حل معادله شرودینگر اتم هیدروژن یک سلسله جواب به عنوان تابع موج بدست می‌آید. تابع موج ناحیه‌ای در اطراف هسته را نشان می‌دهد که در آن ناحیه ، احتمال یافتن الکترون وجود دارد. تابع موجی یک الکترون ، آنچه را که اوربیتال نامیده می‌شود، توصیف می‌کند.

مقدمه

اوربیتال محدوده‌ای از فضای اطراف هسته می‌باشد که احتمال یافتن الکترون در آن وجود دارد. این احتمال در نزدیکی هسته بیشترین مقدار را دارد. ولی برای تمام نقاطی از فضا که فاصله معینی از هسته دارند، احتمال معینی وجود دارد. هر اوربیتال می‌تواند حداکثر دو الکترون را در خود جای دهد. دو الکترونی که در یک اوربیتال جای می‌گیرند، دارای اسپین مخالف هستند.


هر الکترون را می‌توان با چهار عدد کوانتومی مشخص کرد که به منزله شناسنامه الکترون هستند و فاصله نسبی الکترون از هسته (n) ، لایه فرعی و شکل اوربیتال (L) ، جهت گیری اوربیتال در فضا (s) را بیان می‌کنند. بر اساس اصل طرد پاولی در یک اتم هیچ دو الکترونی را نمی‌توان یافت که تمام چهار عدد کوانتومی آنها یکسان باشد.

تاریخچه

در مورد ساختمان اتم و نحوه قرار گرفتن الکترون‌ها و پروتون‌ها در آن بررسی‌های زیادی توسط دانشمندان انجام شده و نظریه‌های مختلفی ارائه شده است. تامسون اتم را به شکل کره‌ای یکنواخت از بار های مثبت تا شعاع تصور می‌کرد که بارهای منفی در محیط خارجی کره پراکنده‌اند.

رادرفورد در سال 1911 با استفاده از ذرات آلفا دلایل قانع کننده‌ای مبنی بر وجود هسته اتم ارائه داد. او اتم را به صورت کره‌ای تصور می‌کرد که هسته در وسط آن قرار دارد و الکترون‌ها به فواصل نسبی بینهایت زیاد در خارج از هسته قرار دارند.

نیلز بور در سال 1913 نظریه ساختمان الکترونی اتم را پیشنهاد کرد.

تفسیر مکانیکی اوربیتال

شدت هر موج با مجذور دامنه آن متناسب است. تابع موجی (ψ) ، تابع دامنه است. مجذور دامنه یا مجذور تابع موجی برای یک حجم کوچک در هر موقعیتی از فضا با چگالی بار الکترونی در آن حجم متناسب است. می‌توان تصور کرد که بار الکترونی به سبب حرکت سریع الکترون به صورت ابر باردار در فضای دور هسته گسترده شده است. این ابر در برخی نواحی غلیظ ‌تر از برخی نواحی دیگر است. احتمال یافتن الکترون در هر ناحیه معین متناسب با چگالی ابر الکترونی در آن ناحیه است. . این احتمال در ناحیه‌ای که ابر الکترونی غلیظ‌ تر ‌‌باشد، بیشتر خواهد بود. این تفسیر کوششی برای توصیف مسیر الکترون به عمل نمی آورد، بلکه فقط پیش‌بینی می‌کند که احتمال یافتن الکترون در کجا بیشتر است. از نظر مکانیک کوانتومی هیچ محدودیتی برای وجود الکترون در فضا اطراف هسته وجود ندارد. پس بینهایت اوربیتال وجود دارد.

اعداد کوانتومی

مکانیک موجی که نظریه شرودینگر اساس آن می‌باشد با استفاده از چهار عدد کوانتومی وضعیت الکترون را توصیف می‌کند. این اعداد عبارتند از :

عدد کوانتومی اصلی

این عدد نشان‌دهنده ترازهای انرژی است که الکترون‌ها در آن ترازها به دور هسته گردش می‌کنند و عدد صحیحی می‌باشد. این عدد می‌تواند کلیه مقادیر اعداد صحیح مثبت بجز صفر را قبول کند.

عدد کوانتومی اندازه حرکت زاویه‌ای مداری

آرنولد زمر فیلد در سال 1916 پیشنهاد کرد که هر مدار بور (n) با شرط n>1 از لایه‌هایی فرعی با اختلاف انرژی کم تشکیل شده‌است. به هر لایه فرعی یک عدد کوانتومی (L) نسبت داده می‌شود. این عدد نشان دهنده شکل هندسی توزیع تابع احتمال پیدا کردن الکترون در فضای اطراف هسته می‌باشد و کلیه مقادیر

L=0,1,2, … , n-1 را اختیار کند.

عدد کوانتومی مغناطیسی مداری

تعداد اوربیتال‌های یک تراز فرعی را می‌توان از این عدد استنتاج کرد که در اثر میدان مغناطیسی هر تراز L به این ترازها شکافته می‌شود.

به عنوان مثال میدان مغناطیسی بر اوربیتال کروی S که با عدد L=0 مشخص می‌شود، تاثیری ندارد چون S تقارن کروی دارد و در تمام جهت‌ها بطور یکسان تحت تاثیر خطوط نیرو قرار می‌گیرد. این عدد که با m نشان داده می شود، مقادیر ممکن این عدد عبارتند از :

m=+L,…,0,…,-L

عدد کوانتومی مغناطیسی اسپینی

این عدد مشخص کننده حرکت تقدیمی الکترون است و با نشان داده می‌شود، و می‌تواند مقادیر 2/1+ , 1/2- را اختیار کند.

ابر الکترونی و مکان الکترون

در مورد یک الکترون در حالت n=1 اتم هیدروژن ، ابر باردار بالاترین چگالی را در نزدیکی هسته دارد و بتدریج که فاصله از هسته افزایش می‌یابد، رقیق‌تر می‌شود. احتمال یافتن الکترون در حجم کوچکی از فضا ، در نزدیکی هسته ، بیشترین مقدار را دارد و با افزایش فاصله از هسته به سمت صفر میل می‌کند. لایه‌های کروی بسیار نازکی را که یکی پس از دیگری بطور متحدالمرکز به دور هسته قرار دارند، تصور کنید. احتمال یافتن الکترون در واحد حجم فضای نزدیک به هسته بیشترین مقدار خود را دارد. ولی در عوض یک لایه نزدیک به هسته ، در مقایسه با لایه‌های دورتر ، تعداد کمتری واحد حجم را در بر می‌گیرد. احتمال شعاعی هر دو این عوامل را با هم به حساب می‌آورد.

نمودار سطح مرزی

احتمال یافتن الکترون در تمام نقاطی که از هسته به فاصله برابر مقداری است که از طریق نظریه بور برای شعاع لایه n=1 تعیین شده است. در نظریه بور ، فاصله‌ای است که همواره الکترون لایه n=1 از هسته دارا است. در مکانیک موجی فاصله‌ای از هسته است که الکترون در آن حضور بیشتری دارد.

از آنجا که اصولا در هر فاصله معین از هسته ، الکترون امکان حضور دارد، ترسیم ناحیه‌ای با مرز مشخص که احتمال 100 درصد وجود الکترون را دربر بگیرد، ناممکن است. . اما می‌توان سطح مرزی را ترسیم کرد که بتواند نقاط با احتمال یکسان را به هم بپیوندد و در برگیرنده حجمی باشد که در آن ، احتمال یافتن الکترون زیاد و مثلا در حدود 90 درصد است. چنین شکلی که نمودار سطح مرزی نامیده می‌شود، برای الکترون اتم هیدروژن در حالت n=1 به صورت کروی می‌باشد.

انواع اوربیتال

اوربیتال S

اوربیتال‌های S دارای تقارن کروی می‌باشد، تراز n=1 حداکثر دارای دو الکترون است. بنابراین تراز فرعی 1S و 2S و 3S و... هم تقارن کروی دارند، با این تفاوت که اندازه آنها بزرگتر از اوربیتال 1S می‌باشد.

اوربیتال p

اوربیتال p از سه اوربیتال فرعی تشکیل شده است. هر اوربیتال p به شکل دو کره تغییر شکل یافته است که می‌توان آنها را در امتداد یکی از محورهای سه گانه مختصات ( z,y,x) تصور کرد از این رو اوربیتال‌های p را با مشخص می‌کنند که در سه جهت مختلف قرار گرفته‌اند.

اوربیتال‌های p از لحاظ انرژی برابرند و در غیاب میدان مغناطیسی نمی‌توان تفاوتی بین الکترون‌هایی که این اوربیتال‌ها را اشغال کرده‌اند قایل شد. ولی در بررسی‌های طیفی که تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند. هر اوربیتال به سه خط شکافته می‌شوند.

اوربیتال d

اوربیتال‌های d از 5 اوربیتال فرعی تشکیل شده‌اند که جهت گیری‌های متفاوتی در فضا دارند ولی از لحاظ انرژی باهم هم‌ارز هستند. این اوربیتال‌ها عبارتند از :

اعداد کوانتومی برای ترازهای n=1 , 2 , 3

n

نام اوربیتال

L

ms

m

تعداد اوربیتال

درجه انحطاط یا چندگانگی

1 s 0

±1/2

0

1

2

2 s 0 ±1/2 0

4

8

2 p

1- ، 0 ، 1+

±1/2 1

4

8

3 s 0 ±1/2 0

9

18

3 p 1- ، 0 ، 1+ ±1/2 1

9

18

3 d 2 ، 1 ، 0 ، 1- ، 2- ±1/2 2

9

18

درجه انحطاط

تعداد الکترونهایی که مقدار انرژی برابر داشته باشند، درجه انحطاط یا چندگانگی نامیده می‌شوند. حداکثر تعداد الکترونهای هر تراز از فرمول بدست می‌آیند.



نوع مطلب : ساختار اتم(شیمی) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

معادله شرودینگر

تاریخ:جمعه 5 آبان 1391-00:37

معادلهٔ شرودینگر

معادله شرودینگر، معادله ای است که چگونگی تغییر حالت کوانتومی یک سامانه فیزیکی با زمان را توصیف می کند. این معادله در اواخر سال 1925 فرمول بندی شد و در سال 1926 به وسیله فیزیکدان اتریشی اروین شرودینگر منتشر گردید. در مکانیک کلاسیک، معادله حرکت قانون دوم نیوتن است و فرمولبندی های معادل آن، معادله اویلر-لاگرانژ و معادله هامیلتون هستند. در همه این فرمول بندی ها، برای حل حرکت یک سیستم مکانیکی و پیشگویی ریاضی اینکه سامانه در هر زمان پس از شرایط و پیکربندی های اولیه سیستم چه حالتی خواهد داشت، استفاده می شوند. در مکانیک کوانتومی حالت آنالوگ قانون نیوتن معادله شرودینگر برای یک سامانه کوانتومی، معمولاً اتم ها، مولکولها، ذرات ریز اتمی (آزاد، بسته، موضعی) است. این معادله یک معادله جبری ساده نیست ولی (عموماً) یک معادله دیفرانسیل جزئی خطی است. معادله دیفرانسیل شامل تابع موج برای سیستم است. همچنین حالت کوانتومی یا بردار حالت نامیده می شود. در تفسیر استاندارد از مکانیک کوانتومی، تابع موج کاملترین توضیحی است که می توان در مورد یک سامانه فیزیکی داد. راه حل های معادله شرودینگر نه تنها سامانه های مولکولی، اتمی و ریز اتمی را توصیف می کند بلکه سیستم های ماکروسکوپی، حتی کل جهان را نیز توصیف می کنند. همانند قانون دوم نیوتن، معادله شرودینگر از لحاظ ریاضی می تواند به فرمولبندی های دیگر از جمله مکانیک ماتریسی ورنر هایزنبرگ و فرمولبندی انتگرال سطحی زیمان تبدیل شود. همچنین همانند قانون دوم نیوتون، معادله شرودینگر زمان را به طریقی توصیف می کند که برای نظریه های نسبیتی مناسب نیست. مشکلی که در مکانیک ماتریسی به اندازه کافی شدید نیست و در فرمولبندی انتگرال سطحی به طور کامل حضور ندارد.

 

1-معادله

1.1-معادله وابسته به زمان

شکل معادله شرودینگر به شرایط فیزیکی بستگی دارد (پایین را برای موارد خاص مشاهده کنید). عمومی ترین شکل آن معادله شرودینگری است که تحول زمانی سیستم را نشان میدهد:

                                           عادله وابسته به زمان شرودینگر(عمومی)
                                                   ,i \hbar \frac{\partial}{\partial t}\Psi = \hat H \Psi

که ''Ψ'' تابع موج سیستم کوانتومی، i واحد موهومی، ħ ثابت کاهیده پلانک و\hat{H} عملگر هامیلتونی است که انرژی کل به ازای هر تابع موج داده شده را مشخص می کند و شکل های مختلفی را بسته به شرایط، به خود می گیرد. معروفترین نمونه آن معادله غیر نسبیتی شرودینگر برای ذره ای که در میدان الکتریکی در حال حرکت است، می باشد (نه در میدان مغناطیسی).

                                     عادله وابسته به زمان شرودینگر برای ذره غیر نسبیتی مفرد
                                             ,i\hbar\frac{\partial}{\partial t} \Psi(\mathbf{r},t) = \frac{-\hbar^2}{2m}\nabla^2 \Psi(\mathbf{r},t) + V(\mathbf  {r},t) \Psi(\mathbf{r},t) 

که m جرم ذره، V انرژی پتانسیل آن ، 2∇ لاپلاسین و Ψتابع موج است (که با دقت بیشتر ، در این متن، تابع موج فضا مکان نامیده می شود). به عبارت دیگر این معادله می تواند اینگونه توصیف شود: "انرژی کل برابر است با انرژی جنبشی بعلاوه انرژی پتانسیل"، اما کلمات شکل نا مأنوسی به دلایلی که در زیر شرح داده شده اند به خود می گیرند. با توجه به عملگر های دیفرانسیلی خاص درگیر، این معادله، یک معادله دیفرانسیل جزئی خطی است و همانطور که از اسمش بر می آید معادله موج است. لفظ "معادله شرودینگر" به هر دو، معادله عمومی (اولین جعبه بالا) یا نوع خاص غیر نسبیتی آن (دومین جعبه بالا) اشاره می کند. معادله عمومی به طور واقعی کاملاً عمومی است، که به وسیله مکانیک کوانتومی و برای همه چیز از معادله دیراک گرفته تا برای نظریه کوانتومی به وسیله تبدیل شدن به عبارات پیچیده مختلف برای هامیلتونی، استفاده می شود. نوع خاص غیر نسبیتی شکل ساده شده نزدیک به واقعیت است که در شرایط بسیاری دقیق است و در موارد اندکی دقیق نیست. (مکانیک کوانتومی را ببینید.) برای به دست آوردن معادله شرودینگر، عملگر هامیلتونی برای سیستم جهت محاسبه انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی ذرات تشکیل دهنده سیستم و جایگذاری در معادله شرودینگر تنظیم شده است. معادله دیفرانسیل جزئی بدست آمده برای تابع موج حل می شود که شامل اطلاعاتی درباره سیستم است.

1.2-معادله مستقل از زمان

معادله مستقل از زمان شرودینگر پیش بینی می کند که توابع موج می توانند امواج ایستاده تشکیل دهند که حالتهای ثابت نامیده می شوند. (همچنین به عنوان اربیتال در اربیتالهای اتمی یا مولکولی نامیده می شوند.) این حالت ها به نوبه ی خود مهم هستند. علاوه بر این اگر این حالت های پایا دسته بندی و تفهیم شوند، حل معادله مستقل از زمان شرودینگر برای هر حالت آسان تر می شود. معادله مستقل از زمان شرودینگر حالت های پایا را توصیف می کند. (این معادله فقط زمانی استفاده می شود که خود هامیلتونی وابسته به زمان نیست.)

                       معادله مستقل از زمان شرودینگر(عمومی)                             
  
                           .E\Psi=\hat H \Psi

به روایت تقریر ، حالات معادله : وقتی که عملگر هامیلتونی به روی تابع موج ''Ψ'' عمل می کند، نتیجه ممکن است با همان تابع مو ''Ψ' متناسب باشد. اگر اینگونه باشد، ''Ψ' یک حالت پایا است و ثابت تناسب E انرژی آن حالت ''Ψ'' است. معادله مستقل از زمان شرودینگر به تفصیل در زیر بحث شده است. در واژگان جبر خطی این معادله، یک معادله ویژه مقداری است. همانند قبل، مشهور ترین شکل معادله غیر نسبیتی شرودینگر برای یک ذره مفرد متحرک در میدان الکتریکی (نه مغناطیسی) است.

معادله مستقل از زمان شرودینگر (یک ذره غیر نسبیتی)
   .E \Psi(\mathbf{r}) = \frac{-\hbar^2}{2m}\nabla^2 \Psi(\mathbf{r}) + V(\mathbf{r}) \Psi(\mathbf{r})

تعاریف همانند بالا هستند.

2-مفاهیم

معادله شرودینگر و روش های آن شامل یک موفقیت در تفکر فیزیک شد. این معادله در نوع خود اولین بود و راه حل های آن منجر به خاصیت های غیر معمول و غیر منتظره ای برای زمان شد.

2.1-انرژی کل، جنبشی و پتانسیل

شکل کلی معادله، غیر معمول و غیر منتظره نیست، معادله شرودینگر می تواند به عنوان (انرژی پتانسیل + انرژی جنبشی = انرژی کل) تفسیر شود. این رابطه دقیقاً مانند فیزیک کلاسیک است. به عنوان مثال یک ترن هوایی بدون اصطکاک انرژی کل ثابتی دارد، بنابراین هنگامی که در ارتفاع بالا قرار دارد ( انرژی پتانسیل بالا)، آهسته تر حرکت می کند (انرژی جنبشی کم) و بر عکس.

2.2-کوانتش

معادله شرودینگر پیشبینی می کند اگر خواص مشخصی از سیستم اندازه گیری شوند، نتیجه ممکن است کوانتیده باشد به این معنی که تنها مقادیر گسسته خاصی می تواند امکان بیافتد. یک مثال از کوانتش انرژی است: انرژی یک الکترون در یک اتم همواره یکی از تراز های انرژی کوانتیده است، حقیقتی که توسط طیف اتمی کشف شد. (کوانتش انرژی در زیر بحث شده است) مثال دیگری از کوانتش تکانه زاویه ای است. این یک فرض در مدل اولیه اتم بور بود ولی در حقیقت پیشگویی معادله شرودینگر است. همه ی اندازه گیری ها نتیجه کوانتیده در مکانیک کوانتومی ندارند. به عنوان مثال مکان، تکانه، زمان و انرژی (گاهی اوقات) می توانند هر مقداری در یک بازه ی پیوسته داشته باشند.

2.3-اندازه گیری و عدم قطعیت

در مکانیک کلاسیک، هر ذره در هر لحظه، یک تکانه و مکان دقیق دارد. این مقادیر به طور دقیق هنگامی که ذره با توجه به قوانین نیوتن حرکت می کند، تغییر می کند. در کوانتوم مکانیک، ذرات ویژگی های مشخصی به طور دقیق ندارند و زمانی که انداره گیری می شوند نتیجه از یک توزیع احتمال پیروی می کند. معادله شرودینگر توزیع احتمالاتی که هستند را پیشگوئی می کند، اما اساساً نمی تواند نتایج را به طور دقیق، برای هر اندازه گیری پیشگوئی کند. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ یک نمونه ی بارزی از عدم قطعیت در مکانیک کوانتوم است. این اصل بیان می کند که هر قدر که مکان ذره با دقت بیشتری مشخص باشد، تکانه را با دقت کمتری خواهیم دانست و بر عکس. معادله موج شرودینگر تکامل تابع موج یک ذره را توصیف می کند. حتی اگر تابع موج دقیقاً شناخته شده باشد، نتیجه یک اندازه گیری خاص روی آن نادقیق خواهد بود.

2.4-تونل زنی کوانتومی

در فیزیک کلاسیک، هنگامی که یک توپ به آرامی به سمت یک تپه می غلتد، انتظار می رود که توقف کند و بازگردد، زیرا انرژی کافی برای برای عبور به آن طرف ندارد. با این حال معادله شرودینگر پیشگوئی می کند که احتمال کمی برای اینکه توپ به آن سوی تپه برود وجود دارد حتی اگر انرژی کمی برای رسیدن به قله داشته باشد. که این تونل زنی کوانتومی نامیده می شود. تونل زنی کوانتومی به اصل عدم قطعیت ارتباط دارد: اگر چه توپ به نظر می رسد که در یک طرف تپه باشد، مکان آن نامشخص است بنابراین شانس این که توپ در طرف دیگر باشد، وجود دارد.

2.5-ذرات به عنوان موج

معادله دیفرانسیل غیر نسبیتی شرودینگر نوعی معادله دیفرانسل جزئی است که معادله موج نامیده می شود. بنابراین ذرات رفتاری که معمولاً به امواج نسبت داده می شوند، از خود نشان می دهند. یک مثال مشخص از رفتار غیر معمول ذرات که معمولاً امواج از خود نشان می دهند، پراش دو شکاف است که به طور مستقیم همراه با ذرات نیست، تداخل امواج از دو شکاف در بعضی از نقاط یکدیگر را خنثی و در برخی نقاط تقویت می کنند که باعث به وجود آمدن طرح پراش می شود. به طور مستقیم این انتظار را نداریم که این طرح از یک ذره پرتاب شده مشاهده شود، زیرا ذره باید از یکی از دو شکاف عبور کند نه از هر دو شکاف. بنابراین چون معادله شرودینگر یک معادله موج است، ذره پرتاب شده دقیقاً همین طرح را نشان می دهد. (آزمایش باید به دفعات زیادی انجام شود تا طرح پراش مشاهده شود) ظاهر طرح اثبات می کند که الکترون از هر دو شکاف به طور همزمان عبور می کند. اگر چه عجیب به نظر می رسد، اما این پیشگوئی صحیح است. به طور ویژه، پراش الکترون و نوترون به خوبی تفهیم شده و به صورت گسترده در علوم و مهندسی استفاده می شوند. ذرات همچنین بر هم نهی و تداخل از خود نشان می دهند که با پراش ارتباط دارد. خاصیت برهم نهی به ذرات اجازه می دهد که در یک برهم نهی کوانتومی در حالت های متفاوت چند گانه در یک زمان باشد، به عنوان مثال یک ذره می تواند چندین انرژی مختلف در یک زمان معین داشته باشد و می تواند در چندین حالت مختلف در یک زمان باشد. در مثال بالا یک ذره می تواند از میان دو شکاف در یک زمان عبور کند .

3-تفسیر تابع موج

معادله شرودینگر راهی برای بدست آوردن تابع موج محتمل از یک سیستم و چگونگی تفسیر پویای آن با زمان فراهم می کند. اگر چه معادله شرودینگر مستقیماً نمی گوید که تابع موج دقیقاً چیست . تفسیر مکانیک کوانتومی سوالاتی مانند اینکه چه رابطه ای میان تابع موج هست که اساس واقعی دارد و حاصل اندازه گیری های تجربی است، را مشخص می کند. یک جنبه مهم رابطه ی میان معادله شرودینگر و فروریزش تابع موج است. در گذشته کپنهاگ می گفت : ذرات از معادله شرودینگر پیروی می کنند به جز در طول فروریزش تابع موج که در آن مقطع به طور کاملاً متفاوتی رفتار می کند. ظهور نظریه کوانتومی decoherance اجازه داد تا روش های جایگزین در جایی که معادله ی شرودینگر اغنا می شود، فروریزش تابع موج باید از نتیجه معادله شرودینگر توضیح داده شود.

5-معادله موج برای ذرات

معادله شرودینگر بر اساس فرضیه دوبروی توسعه یافت و معادله ی بیانگر ذرات که می توانست در این راه تولید شود بود برای استخراج بیشتر در حالت ریاضی معادله شرودینگر می توانید این را هم ببینید.

5.1-فرضیات

پایستگی انرژی: انرژی کل ذرات متشکل از جمع انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل است. این جمع معادل هامیلتونی در مکانیک کلاسیک است :

.E = T + V =H \,\!

در حقیقت برای ذرات در یک بعد با موقعیت مکان x جرم m و تکانه P و انرژی پتانسیل V عموماً با موقعیت زمان t تغییر می کند

. E = \frac{p^2}{2m}+V(x,t)=H

برای سه بعدی ها بردار مکان r و بردار تکانه ی P باید استفاده شود.

،E = \frac{\bold{p}\cdot\bold{p}}{2m}+V(\bold{r},t)=H

این معادله می تواند برای هر تعداد ذره ثابت گسترش یابد: انرژی کل، پس حاصل جمع انرژی های جنبشی کل، به علاوه انرژی پتانسیل است. که همام هامیلتونی می باشد. اگرچه هامیلتونی می تواند فعل و انفعالات میان ذرات (یک مسئله چند ذره ای) باشد. بنابراین انرژی پتانسیل V می تواند در پیکر بندی فضایی ذرات و احتمالاً تغییر زمان، تغییر کند انرژی پتانسیل در کل از مجموع انرژی پتانسیل برای هر ذره تشکیل نشده است. این یک تابع برای موقعیت فضایی هر ذره است در واقع:

.E=\sum_{n=1}^N \frac{\bold{p}_n\cdot\bold{p}_n}{2m_n} + V(\bold{r}_1,\bold{r}_2\cdots\bold{r}_N,t) = H \,\!

روابط دوبروی

فرضیه کوانتوم نور انیشتین (1905) بیانگر این است که انرژی E یک فوتون متناسب است با بسامد ν (یا بسامد زاویه ای ω = 2πν) که به بسته های موج کوانتومی نور، مربوط می شود

.E = h\nu = \hbar \omega \,\!

همانند فرضیه دوبروی (1924) بیانگر این است که هر ذره می تواند با یک موج و تکانه P ذره از طریق رابطه زیر ارتباط داشته باشد با طول (λ) یک موج کذایی در یک بعد:

،p = \frac{h}{\lambda} =  \hbar k\;

در سه بعد:

 ,\mathbf{p} = \frac{h}{\lambda} = \hbar \mathbf{k}\;

که k بردار موج است (و طول موج با اندازه ی k ارتباط دارد.)

5.2-روشی برای معادله

معادله شرودینگر یک معادله موج ریاضی است که بر اساس حرکت های موج پاسخ داده شده است. در حالت عادی معادله موج در فیزیک می تواند از قوانین دیگر فیزیکی، مشتق گیری شود. معادله موج می تواند مشتقی از قوانین دیگر فیزیک باشد و برای ارتعاشات مکانیکی بروی طناب در ماده از قانون نیوتون مشتق شود. تابع موج آنالوگ نشان دهنده ی جابه جایی ماده است و امواج الکترومغناطیسی از معادلات ماکسول بدست می آید که در آن تابع موج در زمینه های الکتریکی و مغناطیسی می باشد، در مقابل آن، معادلات شرودینگر بر اساس انرژی مواد و قیاس منطقی جداگانه در مکانیک کوانتومی است. دوگانگی ذره-موج از معادلات شرودینگر پیروی می کند که در زیر بیان شده است: رابطه پلانک – انیشتین و دوبروی:

,E=\hbar\omega, \quad \bold{p}=\hbar\bold{k} 

رابطه ای میان فضا با تکانه، انرژی با زمان را مشخص می کند. که اگر در معادلات بالا ħ = 1 معادلات زیر بدست می آید:

 .E=\omega, \quad \bold{p}=\bold{k} 

انرژی و بسامد زاویه ای هر دو یک بعد دارند که با زمان رابطه مستقیمی دارند، تکانه و ععد موج هر دو با طول موج رابطه عکسی دارند . در اواخر 1925 نظریه ی شرودینگر بیانگر این بود که فاز امواج تخت، مانند فاکتور فازی پیچیده در این روابط استفاده می شود.

.\Psi = Ae^{i(\bold{k}\cdot\bold{r}-\omega t)} = Ae^{i(\bold{p}\cdot\bold{r}-Et)/\hbar}

و برای دانستن مشتقات جزئی مرتبه اول نسبت به مکان:

. \nabla\Psi = \dfrac{i}{\hbar}\bold{p}Ae^{i(\bold{p}\cdot\bold{r}-Et)/\hbar} = \dfrac{i}{\hbar}\bold{p}\Psi

و زمان:

. \dfrac{\partial \Psi}{\partial t} = -\dfrac{i E}{\hbar} Ae^{i(\bold{p}\cdot\bold{r}-Et)/\hbar} = -\dfrac{i E}{\hbar} \Psi

حاکی از مشتقات

 \begin{matrix} -i\hbar\nabla\Psi = \bold{p}\Psi & \rightarrow & -\dfrac{\hbar^2}{2m}\nabla^2\Psi = \dfrac{1}{2m}\bold{p}\cdot\bold{p}\Psi \\
\dfrac{\partial \Psi}{\partial t} = -\dfrac{i E}{\hbar} \Psi & \rightarrow & i\hbar\dfrac{\partial \Psi}{\partial t} = E \Psi \\
\end{matrix}

با ضرب Ψ در معادله انرژی

،E= \dfrac{\bold{p}\cdot\bold{p}}{2m}+V \rightarrow E\Psi= \dfrac{\bold{p}\cdot\bold{p}}{2m}\Psi+V\Psi

بلافاصله معادله شرودینگر به دست می آید:

.i\hbar\dfrac{\partial \Psi}{\partial t}= -\dfrac{\hbar^2}{2m}\nabla^2\Psi +V\Psi

قیاس منطقی دیگر در مکانیک کوانتومی این است که همه مشاهده گر ها توسط عملگر هایی که روی تابع موج عمل می کنند، نشان داده می شوند. ویژه مقادیر عملگر ها مقادیری هستند که مشاهده گر ها به خود می گیرند. مشتقات قبلی بر اساس مشتقات زمان به عملگر های انرژی ختم می شوند.

.\hat{E}= i\hbar\dfrac{\partial}{\partial t}

و عملگر تکانه بر اساس مشتقات فضایی:\bold{\hat{p}}= -i\hbar\nabla می باشد. این ها عملگر های دیفرانسیلی هستند ، که به جز انرژی پتانسیل V که فقط یک فاکتور ضربی است. جایگذاری این عملگر ها در معادله انرژی توسط Ψ به همان معادله موج بر می گردد. و نکته جالب این است که انرژی و تکانه یک تقارن با زمان دارد و اینها دلایلی هستند که در آن انرژی و تکانه پایسته می مانند . انرژی جنبشی T با مربع تکانه pرابطه دارد. وقتی تکانه ذره ، افزایش می یابد انرژی جنبشی به سرعت افرایش پیدا می کند. اما وقتی عدد موج k افزایش پیدا می کند طول موج \scriptstyle \lambda کاهش می یابد

. \bold{p}\cdot\bold{p} \propto \bold{k}\cdot\bold{k} \propto T \propto |\nabla^2\Psi| \propto \dfrac{1}{\lambda^2}

5.3-جواب برای معادله

جواب عمومی معادله می تواند به راحتی در قسمت پایین دیده شود.امواج تخت قطعاً یک جواب است چون برای بدست آوردن تابع استفاده شده است. همچنین هر ترکیب خطی از امواج ساده یک جواب است. برای هر k های گسسته، هر ترکیب خطی ، یک بر هم نهی امواج تخت است

. \Psi(\bold{r},t) = \sum_{n=1}^\infty A_n e^{i(\bold{k}_n\cdot\bold{r}-\omega_n t)} \,\!

و برای k های پیوسته هر ترکیب خطی، یک انتگرال است که بسط فوریه ی تکانه ی فضایی تابع موج است

، \Psi(\bold{r},t) = \frac{1}{(\sqrt{2\pi})^3}\int\Phi(\bold{k})e^{i(\bold{k}\cdot\bold{r}-\omega t)}d^3\bold{k} \,\!

که d3k = dkxdkydkz می باشد. که انتگرال به روی فضای k گرفته می شود و تابع موج در فضای تکانه (Φ(k از زیر انتگرال به دست می آید. از آنجایی که اینها معادله شرودینگر را اغنا می کند، جواب معادله شرودینگر برای شرایط داده شده فقط برای بدست آوردن امواج تخت، استفاده نمی شود، بلکه هر تابع موجی که معادله شرودینگر، به دست آمده از سیستم، علاوه بر شرایط مرزی مربوط، را اغنا کند، استفاده می شود. می توان نتیجه گرفت معادله شرودینگر برای شرایطی (غیر نسبیتی) درست است.

5.4-موج و حرکت ذره

شرودینگر فرض کرد که جواب بسته موج (نه فقط برای امواج تخت) در مکان r و عدد موج k در طول یک مسیر مشخص شده، توسط مکانیک کلاسیک، در حدی که طول موج کوتاه است  \scriptstyle \lambda \,\! حرکت خواهد کرد. برای مثال، برای یک k بزرگ و در نتیجه P بزرگ در مقایسه با ثابت کاهیده پلانک ħ. به عبارت دیگر در حدی که ħ به صفر میل میل می کند، معادلات مکانیک کلاسیک از معادلات مکانیک کوانتومی، به دست می آیند. حاصل استفاده از اصل عدم قطعیت هایزنبرگ برای مکان و تکانه صفر می شود و این مانند این است که ثابت کاهیده پلانک به صفر میل کند ħ → 0 .

، \sigma(x) \sigma(p_x) \geqslant \frac{\hbar}{2} \quad \rightarrow \quad \sigma(x) \sigma(p_x) \geqslant 0 \,\!

که σ بیانگر عدم قطعیت اندازه گیری در x و px (و شبیه به آن در مسیر های y و z ) است. که بیان می کند که مکان و تکانه در این حد، می توانند با دقت دلخواه مشخص شوند.

که این فرم عمومی معادله شرودینگر به صورت زیر است :

و i\hbar \frac{\partial}{\partial t} \Psi\left(\mathbf{r},t\right) = \hat{H} \Psi\left(\mathbf{r},t\right) \,\!

که با معادله هامیلتون-ژاکوبی رابطه ی نزدیکی دارد:

و \frac{\partial}{\partial t} S(q_i,t) = H\left(q_i,\frac{\partial S}{\partial q_i},t \right) \,\!

جایی که S کنش است وH تابع هامیلتونی است (نه عملگر). تعمیم مختصات، qi برای i = 1،2،3 می تواند موقعیت در مختصات دکارتی را، هماهنگ کند.

با جایگذاری ، \Psi = \sqrt{\rho(\mathbf{r},t)} e^{iS(\mathbf{r},t)/\hbar}\,\! که ρ چگالی احتمال است سپس اگر از معادله بدست آمده حد ħ → 0 گرفته شود معادله هامیلتونی-ژاکوبی بدست خواهد آمد.

  • حرکت یک ذره توسط(طول موج کوتاه) جواب بسته موج، برای معادله موج شرودینگر توضیح داده شده است که همچنین توسط معادله ژاکوبی-هامیلتونی نیز بیان شده است.
  • معادله شرودینگر شامل تابع موج است، بنابراین جواب بسته موج موقعیت ذره (کوانتومی) که به صورت نا منظم در جبهه موج قرار دارد، را بیان می کند. در مقابل، معادله ژاکوبی-هامیلتونی بیان می کند که یک ذره(کلاسیکی) مکان و تکانه به طور همزمان می توانند مشخص باشند.

مستقل از زمان

اگر هامیلتونی تابعی صریح از زمان نباشد معادله به بخش های زمانی و مکانی قابل تفکیک است. عملگر انرژی  \hat{E} = i \hbar \partial / \partial t \,\! می تواند توسط مقادیر ویژه انرژی جایگزین شود. که فرم خلاصه شده معادله ویژه مقداری برای هامیلتونی  \hat{H} است.

،\hat H \psi = E \psi

یک جواب معادله مستقل از زمان، یک ویژه حالت انرژی E نامیده می شود. برای پیدا کردن حالت وابستگی زمانی از معادله وابسته به زمان با شرایط اولیه ی (ψ(r شروع می کنیم. مشتق زمانی در t = 0 متناسب است با

. \left.i\hbar \frac{\partial}{\partial t} \Psi(\bold{r},t)\right|_{t=0}= \left.H \Psi(\bold{r},t)\right|_{t=0} =E \Psi(\bold{r},0) \,

بنابراین معادله را به دو بخش زمانی و مکانی تفکیک کرده و معادله کلی حاصلضرب این دو است پس برای هر زمان t:

، \Psi(\bold{r},t)= \tau(t) \psi(\bold{r}) \,

اکنون Ψ را جایگذاری می کنیم:

، i\hbar \frac{\partial \Psi}{\partial t } = E \Psi \rightarrow i\hbar \psi(\bold{r})\frac{\partial\tau(t)}{\partial t } = E \tau(t)\psi(\bold{r}) \,

که در این حالت (ψ(r حذف شده معادله برای  \scriptstyle \tau(t)\,\! حل می شود که یک جواب معادله ی وابسته به زمان را با شرایط اولیه بیان می کند.

. \Psi(\bold{r},t) = \psi(\bold{r}) e^{-i{E t/\hbar}} = \psi(\bold{r}) e^{-i{\omega t}}  \,

این موضوع جواب معادله وابسته به زمان امواج ایستاده را بیان می کند که حالتی با انرژی مشخص است.(که به جای توزیع احتمالاتی برای انرژِی های متفاوت.) در فیزیک این امواج ایستاده حالت پایا یا ویژه حالت انرژی نامیده می شود. ویژه مقادیر انرژی از این معادله یک طیف مجزا دارد. بنابراین انرژی باید کوانتیده باشد. به طور خاص ویژه حالت انرژی یک پایه - هر تابع موج ممکن است به صورت جمع حالت های انرژی مجزا یا انتگرال حالت های انرژی پیوسته نوشته شود این نظریه طیف در ریاضیات نامیده می شود.



نوع مطلب : ساختار اتم(شیمی) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

نکات جالبی درباره ی گازها

تاریخ:پنجشنبه 4 آبان 1391-15:52

نکات جالبی درباره ی گازها

نکات جالبی درباره ی گازها

دیدکلی

این گازها از مخلوط شدن گازهای گوناگون مانند CO2 ، He ، H2S ، N2 با هیدروکربن ها تشکیل می‌شوند. هیدروکربن ها معمولا ازنوع متان و دیگر پارافین‌های ردیف پایین هستند. فشار و دما، ترکیبات گاز در فازهای مختلف را معین می‌سازد. درنتیجه کاهش فشار ، اکثر هیدروکربن های ردیف بالا تغییرحالت می‌دهند، یعنی گازهای مرطوب درست می‌شوند. درصورتی که تمام گازهای خشک تقریبا از متان درست می‌شوند.

گازهای مرطوب شامل متان و مقدار قابل توجهی از آلکان‌ها با تعداد کربن بالا هستند.

نکات جالبی درباره ی گازها

هیدروکربن های گازی متعلق به سری نفت های پارافینی

گازهای خشک (Dry Gases)

این گازها حاوی مقدار زیادی متان می‌باشند (64 الی 96 درصد) و این گازها به سختی تبدیل به مایع می‌شوند. در کان‌سارهای زغال سنگ و مناطق مردابی نیز گازهای خشک به وفور یافت می‌شوند که قسمت عمده آن ها از متان به وجود آمده است. گاز متان در حرارت و فشار موجود در منابع زیرزمینی قابل تراکم نیست. بنابراین همیشه به صورت گاز در کان‌سارها وجود دارد و فقط در نتیجه فشارهای زیاد می‌تواند در نفت حل شود.

گازهای مرطوب (Wet Gases)

این گازها تقریبا به سهولت می‌توانند به مایع تبدیل شوند و دارای مقدار زیادی از پارافین‌های ردیف بالا مانند اتان ، پروپان ، هگزان و هپتان می‌باشند. این گازها را می‌توان تحت فشار و حرارت زیاد به مایع تبدیل کرد. لذا نسبت به شرایطی که در کانسار حاکم است، این گازها به شکل فاز مایع یا فاز بخار در آن جا وجود دارند.

نکات جالبی درباره ی گازها

لایه‌های مخازن نفت و گاز

گازهای طبیعی در کانسارهای نفت

بنابر آنچه گذشت، گازهای طبیعی ممکن است همراه با نفت و یا به صورت مجزا تشکیل کانسار دهند که هر دو نوع آن ، از نظر اقتصادی خیلی با ارزش می‌باشد. در کانسارهای نفت، امکان دارد که گازهای طبیعی به حالت های مختلف دیده شوند. غالبا این گازها قسمت فوقانی منابع را اشغال کرده، چون وزن مخصوص کمتری دارند، در نتیجه یا روی نفت و یا روی آب قرار دارند. ولی بعضی اوقات در کانسارهای نفت حاوی گاز ، درصد قابل ملاحظه‌ای از گازها به صورت محلول قرار می‌گیرد که نسبت آن وابسته به اختصاصات فیزیکی نفت و گاز و همچنین حرارت و فشار منبع یا مخزن است.

گاهی ممکن است دریک مخزن ، درصد قابل ملاحظه‌ای از گازهای طبیعی محلول در آب باشند. در اعماق بیش از دو هزار متری نیز ، تحت شرایط فشار و حرارت زیاد ، گازهای مخلوط در نفت از نظر فیزیکی غیر قابل تشخیص می‌باشند.

نکات جالبی درباره ی گازها

گازهای ترش و شیرین

گازهایی که دارای CO2 و گوگرد هستند، به نام گازهای ترش و گازهای دارای گوگرد کمتر را گازهای شیرین گویند.

کانسارهای گازهای طبیعی

گازهای طبیعی زیرزمینی یا به تنهایی و یا به همراه نفت تشکیل کانسار می‌دهند. درصورت همراه بودن با نفت گازها در داخل نفت حل می‌شوند و درصورت رسیدن به درجه اشباع ، تجزیه شده ، در قسمت‌های بالای افق‌های نفتی به شکل گنبدهای گازی قرار می‌گیرند.

مهار گازهای طبیعی

اگرچه هنگام استخراج نفت ، سعی می‌شود برای نگهداری انرژی کانسار از استخراج آن جلوگیری شود، باز این گاز حل شده در نفت در هنگام استخراج به همراه آن خارج می‌شوند. درسال های گذشته این گازها را آتش می‌زدند. ولی امروزه از آن ها به عنوان مواد خام شیمیایی و ماده سوختنی با ارزش استفاده می‌کنند.

نکات جالبی درباره ی گازها

ترکیب گازهای طبیعی

دربعضی جاها ، گازهای زیرزمینی دارای نیتروژن بیشتر (کانزاس) یا CO2 بیشتر (مجارستان ، کلرادو) درخود هستند. بخشی از CO2 ، از محصولات تشکیلات نفتی و بخشی نیز با منشاء آتشفشانی بوجود می‌آید. مقدار جزئی هیدروژن نیز در اکثر مواقع پیدا شده است. گازهای ازت‌دار می‌توانند تا 2.5 درصد حجمی هلیوم داشته باشند (مانند ایالات متحده امریکا). از شکسته شدن عناصر رادیواکتیو درون سنگ های ساحلی هلیوم به وجود می‌آید. گازهای دارای سنگ مخزن کربناته ، دارای مقدار زیادی H2S هستند.

رسیدن گازهای طبیعی به سطح زمین

بیرون آمدن گازهای طبیعی زیرزمینی به سطح زمین ، همانند بروز نفت به سطح زمین ، از پدیده‌های مهم بوده ، توسط میزان بیرون آمدن گازطبیعی می‌توان در مورد پتانسیل کانسارهای هیدروکربنی ، اطلاعات با ارزش و مهمی بدست آورد. ولی تشخیص و تفکیک این گازها خیلی ساده نیست تا بدانیم آیا این گاز مربوط به گاز مردابی یا گاز زغال سنگ و یا گاز مربوط به نفت است. از وجود هیدروکربنهای ردیف بالا ، می‌توان گفت که این گاز از نوع زیرزمینی است.

گازهای موجود در کانسارهای زغال سنگ

این نوع گازها تا 6 درصد حاوی هیدروکربن های ردیف بالا هستند. گازهایی که منشاء آن ها مربوط به زغال سنگ است، خیلی کمیاب هستند (مانند گازهای موجود در کانسارهای زغال سنگ هلند) و علت آن را چنین توجیه می‌کنند که این نوع گازهای حاصل در مرحله زغال شدگی برای خودشان سنگ مخزن خوبی پیدا نمی‌کنند تا جمع شوند.

نکات جالبی درباره ی گازها

تفکیک گازهای طبیعی از نفت

گازی که همراه نفت است، باید از آن جدا شود تا نفت خالص به دست آید. اگر نفت و گازی که باهم از چاه خارج می‌گردند، پیش از آن که از هم جدا شوند، مستقیما به مخازن نفت هدایت گردند، گاز چون سبک و فرار است، مقداری از آن ، از منافذ فوقانی مخزن به هوا می‌رود و در ضمن ، مقداری از اجزای سبک و گرانبهای نفت را هم با خود خارج می‌کند. از این رو ، نفت را پس از خروج از چاه و پیش از آنکه به مخزن بفرستیم، به درون دستگاه تفکیک که نفت و گاز را از هم جدا می‌سازد، هدایت می‌کنیم.

دستگاه تفکیک نفت و گاز

این دستگاه به شکل یک استوانه قائم است که در آن ، ذرات گاز از هم باز و به اصطلاح منبسط می‌گردد و در این ضمن ، از سرعت آن نیز کاسته می‌شود. وقتی فشار و سرعت گاز ، خیلی کم شد، مقدار زیادی از آن ، از نفت جدا می‌گردد. آنگاه آن را توسط لوله به درون ظرفی هدایت کرده ، از آن استفاده می‌کنند.

نکات جالبی درباره ی گازها

گازهای طبیعی تفکیک شده

گازی که از دستگاه جدا کننده خارج می‌گردد، غالبا از نوع گاز تر است و مقدار زیادی بنزین سبک همراه دارد. این بنزین طبیعی ، بسیار مفید و قیمتی است. از این رو ، نباید آن را به هدر داد. در اوایل پیدایش صنعت نفت ، از این ماده گرانبها استفاده‌ای به عمل نمی‌آمد و آن را همراه با سایر اجزای گاز به هدر می‌دادند. اما رفته رفته که به اهمیت و فواید این گاز پی بردند، سعی شد که بنزین طبیعی آن را استخراج نموده ، از بقیه اجزای آن نیز به انواع گوناگون استفاده شود.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

آیا فشار هوا را می توان احساس نمود ؟

تاریخ:پنجشنبه 4 آبان 1391-15:49

آیا فشار هوا را می توان احساس نمود ؟

آیا فشار هوا را می توان احساس نمود ؟

فشار هوا نیرویی است که توسط ذرات ریز هوا ( مولکول های هوا ) بر روی شما وارد می شود اگر چه مولکول های هوا غیر قابل دیدن هستند ولی دارای وزن می باشند.

و فضا نیز اشغال می کنند. از آن جایی که مابین مولکول های هوا فضای خالی بسیاری وجود دارد می توان هوا را در یک حجم کوچکتر ی فشرده نمود.

هنگامی که هوا فشرده گردد، اصطلاحا به آن هوای تحت فشار گفته می شود. فشار هوای سطح دریا همان چیزی است که ما به آن عادت داریم در واقع آن قدر به آن عادت کرده ایم که گاهی فراموش می کنیم در تمام مدت تحت فشار هوا قرار داریم.

آیا فشار هوا را می توان احساس نمود ؟

هواشناسان توسط دستگاهی به نام فشارسنج، فشار هوا را اندازه گیری می کنند . فشارسنج برای اندازه گیری جریان فشار در یک مکان خاص بر اساس واحد اینچ در جیوه یا واحد یک هزارم در بار ( میلی بار ) می باشد. اندازه 92/29 اینچ در جیوه برابر است با 25/1013 هزارم در بار (میلی بار ) است.

چه فشاری از سوی هوا بر ما وارد می شود ؟

اتمسفر زمین با نیرویی برابر با یک کیلوگرم در سانتی متر مربع به شما فشار وارد میکند . این فشار در سطحی به مساحت 1000 سانتی متر مربع معادل با نیرویی در حدود یک تن می شود.

چگونه زیر این همه فشار هوا له نمی شویم؟

فراموش نکنید که درون بدن ما نیز فشار هوایی وجود دارد که باعث ایجاد تعادلی برای ما با هوای بیرون می شود. به همین دلیل است که می توانیم به آرامی و خوبی ، نه تحت فشار، زندگی کنیم.

فشار هوا همچنین می تواند به عنوان نشانه ای برای پیش بینی آب و هوا نیز باشد . اگر یک سیستم پرفشار در راه باشد اغلب می توان دمایی سردتر و آسمانی صاف را انتظار داشت. اگر یک توده فشار پایین از راه برسد، پس باید منتظر هوایی گرمتر ، رعد و برق و باران باشیم .

کنترل هوا

می توانید از یک فشار سنج که برای نشان دادن نحوه ارتباط فشار هوا و شرایط آب و هوایی طراحی شده استفاده کنید.

همچنین می توانید دستورالعمل لازم برای ساخت فشار سنج خودتان را هم بیابید .

آیا فشار هوا را می توان احساس نمود ؟

اگر فشار هوا تغییر کند چه اتفاقی می افتد ؟

چرا گوش های ما صدا می دهد ؟

اگر به بالای یک کوه بلند رفته باشید متوجه می شوید که گوش های شما سوت می کشد و در مقایسه با موقعی که در سطح دریا قرار دارید نیاز به تنفس بیشتری دارید .

همچنان که تعداد مولکول های هوای اطراف ما کاسته می شود ، فشار هوا نیز کم می شود این باعث می شود که گوش های ما صدا بدهد تا بتواند بین فشار بیرونی و درون گوشمان یک تعادل برقرار کند. از آنجا که در هنگام تنفس تعداد کمتری از مولکول های اکسیژن دریافت می کنید نیاز دارید که تندتر نفس بکشید تا مولکول های بیشتری را وارد شش هایتان بکنید و کمبود را جبران کنید .

همچنان که بالاتر می روید از دمای هوا کاسته می شود . برای مثال دمای هوادر هر 1000 فیت ارتفاع ، 6/3 درجه فارنهایت کم می شود .

آیا فکر می کنید کاهش دما را می توان با اصطلاح فشار هوا شرح داد ؟ چگونه ؟

فشار هوا را تجربه کنیم.

1-وقتی دستتان را روی دنده هایتان می گذارید و نفس عمیقی می کشید مشاهده می کنید چه اتفاقی در قفسه سینه شما می افتد ، آیا احساس کردید انبساط پیدا کرد ؟ آیا انبساط آن را دیدید ؟ این اتفاق را چگونه شرح می دهید ؟

2 - بادکنکی را باد کنید و مشاهده کنید چه اتفاقی می افتد آیا انبساط پیدا کرد ؟ چرا هنگامی که می پرد صدا تولید می کند ؟

3-از والدینتان یک بطری شیر خالی درب دار بگیرید یک چهارم آنرا با آب خیلی گرم پر کنید در آن را سفت ببندید و برای حدود یک ساعت بگذارید بماند. انتظار دارید چه اتفاقی بیفتد ؟ چه اتفاقی افتاد؟

نتایج به دست آمده از آزمایشات فشار هوا

1- سینه شما انبساط پیدا می کند همانند باد کردن یک بادبادک ، به دلیل اینکه تعداد مولکول های هوای بیشتری وارد شش هایتان شده است، شش هایتان برای این که بتواند تعداد بیشتری از مولکول های هوا را در خود جای دهد انبساط پیدا می کند.

2- هنگاهی که بادبادک را باد می کنیم فشار هوای درون آن به تدریج بیشتر از فشار هوای بیرون آن می شود. هنگامی که بادبادک رها شده می پرد هوا به تدریج در حال فرار است صدایی که می شنوید از خارج شدن مولکول های هوای داخل بادبادک در برخورد ناگهانی با مولکول های بیرون آن ایجاد می شود.

آیا فشار هوا را می توان احساس نمود ؟

3- بطری شیر به درون خودش مچاله می شود . وقتی که آب داغ به آن اضافه می کنید دمای هوای درون آن را اضافه می کنید . هنگامی که درب آن را به محکمی می بندیم هیچ گونه هوایی نمی تواند به آن وارد ویا از آن خارج شود هنگامی که آب درون بطری سرد شد هوا نیز سرد شده و باعث می شود که از فشار درون بطری کم شود.

همچنان که فشار دیواره های درون بطری کم می شود دیواره های بطری مچاله می شود ، چرا که فشار هوای کافی در درون بطری نبود تا فشار هوای بیرون را خنثی کند.



نوع مطلب : فشار(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

نیم رساناها و کاربرد آنها در دیود

تاریخ:چهارشنبه 3 آبان 1391-22:10

معمولاُ اجسام از لحاظ عبور یا عدم عبور الکتریسیته به دو دسته رسانا و عایق تقسیم می‌شود. اما گروه دیگری از اجسام نیز وجود دارد که به طور کامل رسانا و نه به طور کامل نارسانا ست. این گروه خاص از اجسام را نیم رسانا می‌گویند.

ترازهای انرژی الکترون در جسم جامد تشکیل نوارهایی می دهند هر نوار شامل تعداد بسیار زیادی ترازهای گسسته است که بسیار نزدیک به هم می باشند.

در مبحث نیم رساناها بالاترین نوار پر را نوار ظرفیت و پایین ترین نوارخالی را نوار رسانش می نامند و به فاصله بین این دو نوار ناحیه ممنوع یا گاف انرژی می گویند و در این ناحیه هیچ تراز انرژی وجود ندارد.

مقدار گاف انرژی نقش تعیین کننده ای در خواص نیم رساناها دارد.

انواع نیم رساناها
نیم رسانا ذاتی

در برخی از نیم رساناها گاف انرژی بین نوار رسانش و نوار ظرفیت به قدر کافی کوچک است که تعدادی از الکترون های نوار ظرفیت در دمای اتاق نیز، با برانگیختگی گرمایی ، انرژی لازم برای گذر از نوار ظرفیت به نوار رسانش را به دست می آورند به این گونه نیم رساناها، نیم رسانای ذاتی می گویند.

نیم رسانای غیر ذاتی

در بیشتر نیم رساناها که غیر ذاتی نامیده می ‌شوند ، اندازه گاف نواری ، با افزودن دقیق ناخالصی هایی کنترل می‌ شود ، که این فرآیند تقویت نامیده می ‌شود. سیستم عمل تقویت روی سیلیکون یکی از متداول ترین نیم رساناهاست.

برای مثال سیلسیوم و ژرمانیوم دو ماده نیم رسانا هستند اتم های هر دوی این عنصرها ، چهار الکترون ظرفیت دارند. در هر یک از این نیم رساناها اگر به جای یکی از این اتم ها یک اتم ناخالص یا سه ظرفیتی وارد کنیم، نیم رسانا را آلاییده ایم و به ترتیب نیم رسانای غیر ذاتی نوع N و نوع P به دست آورده ایم.

نیم رسانای نوع n

وقتی به سیلیکون ، ناخالصی فسفر افزوده شود ، تراز انرژی اتمی فسفر، دقیقا در زیر نوار رسانش سیلیکون قرار می ‌گیرد.

هر اتم فسفر ، 4 الکترون از 5 الکترون ظرفیتش را تشکیل نمونه با 4 اتم si مجاور به کار می ‌برد و انرژی گرمایی به تنهایی کافی است تا باعث شود ، الکترون اضافی ظرفیت به نوار رسانش بر انگیخته شده به یک یون p غیر متحرک را بر جای گذارد. اتم های فسفر ، دهنده نامیده می ‌شود.

رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتاً در اثر حرکت الکترون های حاصل از اتم های دهنده در نوار رسانش، به وجود می‌آید. این نوع نیم رسانا نوع n نامیده می شود که در آن n به معنی منفی است، این نوعی بار الکتریکی که توسط الکترون ها حمل می‌شود.

نیم رسانای نوع p

وقتی به سیلیکون ناخالص آلومینیم افزوده می ‌شود. تراز انرژی اتم های AL که اتم های پذیرنده نامیده می‌ شوند ، درست بالای نوار ظرفیت سیلیکون قرار می‌گیرد. با سه اتم Si مجاور پیوند جفت الکترونی منظمی تشکیل می ‌دهد. اما با چهارمین اتم Si فقط یک پیوند تک الکترونی تشکیل می ‌دهد.

یک الکترون به راحتی از نوار ظرفیت یک اتم آلومینیوم در تراز پذیرنده بر انگیخته می‌شود. در نهایت، یک یون منفی تا A غیر متحرک به وجود می ‌آمد و در نتیجه این فرآیند یک حفره مثبت در نوار ظرفیت پدیدار می ‌شود. از آن جا که رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتاً شامل حرکت حفره ‌های مثبت است این نوع نیم رسانا ، نوع P نامیده می‌شود.

دیود

دیود از اتصال یك نیمه هادی نوع N و یك نیمه هادی نوع P به وجود می آید و با حرف D نشان داده می شود . دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند.

این خاصیت آن ها باعث شده بود تا در سال های اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می ‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (قطب مثبت پیل به آند و قطب منفی به کاتد) آن را آماده کار کنید.

مقدار ولتاژی که باعث می ‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می ‌شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.7 ولت می ‌‌باشد.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

شیمی کوانتومی

تاریخ:چهارشنبه 3 آبان 1391-22:08

دید کلی

شیمی کوانتومی ، دانش کاربرد مکانیک کوانتومی در مسایل مربوط به شیمی است. اثر شیمی کوانتومی ، در شاخه‌های وابسته به شیمی قابل لمس است. مثلا :

  • علمای شیمی فیزیک ، مکانیک کوانتومی را (به کمک مکانیک آماری) در محاسبات مربوط به خواص ترمودینامیکی (مانند آنتروپی و ظرفیت حرارتی) گازها ، در تفسیر طیفهای مولکولی به منظور تائید تجربه خواص مولکولی (مانند طولها و زوایای پیوندی) ، در محاسبات نظری خواص مولکولی ، برای محاسبه خواص حالات گذار واکنشهای شیمیایی به منظور برآورد ثابتهای سرعت واکنش ، برای فهم نیروهای بین مولکولی و بالاخره برای بررسی ماهیت پیوند در جامدات بکار می‌برند.

  • علمای شیمی آلی از مکانیک کوانتومی ،‌ برای برآورد پایداریهای نسبی مولکولها ، محاسبه خواص واسطه‌های واکنش ، بررسی ساز و کار واکنشهای شیمیایی ، پیش بینی میزان ترکیبات و تحلیل طیفهای NMR استفاده می‌کنند.

  • علمای شیمی تجزیه از مکانیک کوانتومی برای تفسیر شدت و فرکانسهای خطوط طیفی استفاده می‌کنند.

  • علمای شیمی معدنی از نظریه میدان لیگاند که یک روش تقریبی مکانیک کوانتومی است، در توضیح خواص یونهای مرکب فلزات واسطه سود می‌برند.

فرضیه پلانک ، سرآغاز مکانیک کوانتومی

در سال 1900، "ماکس پلانک" ، نظریه‌ای ابداع کرد که با منحنی‌های تجربی تابش جسم سیاه ، مطابقتی عالی از خود ارائه داد. فرض او این بود که اتمهای جسم سیاه ( ماده‌ای که تمام نورهای تابیده به آن را جذب کند ) ، تنها قادرند نورهایی را گسیل سازند که مقادیر انرژی آنها توسط رابطه hv داده می‌شود. در رابطه ، v فرکانس تابش و h ، ثابت تناسب است که

به ثابت پلانک معروف است. با قبول مقدار ، منحنی‌هایی بدست می‌آیند که با منحنی‌های تجربی جسم سیاه کاملا مطابقت دارند. کار پلانک سرآغاز مکانیک کوانتومی بود.

به دنبال پلانک ، "انیشتین" نیز مشاهدات مزبور را بر اساس اندیشه تشکیل نور از اجزایی ذره گونه تشریح کرد که آنها را

فوتون نامید که انرژی هر یک از آنها برابر است با


احتمال و مکانیک کوانتومی

موضوع احتمال ، یک نقش اساسی را در مکانیک کوانتومی ایفا می‌کند. در مکانیک کوانتومی ، سروکار ما با احتمالاتی است که با متغیر پیوسته‌ای مانند مختصه x درگیرند. صحبت از احتمال پیدا شدن یک ذره در یک نقطه خاص

مانند x = 0.5000 حاوی چندان معنایی نیست، زیرا تعداد نقطه‌ها در روی محور x نامتناهی ، ولی تعداد در اندازه گیریهای ما به هر حال متناهی است و از این رو ، احتمال وصول با دقت به 0.5000 بی‌نهایت کم خواهد بود.

این است که به جای آن از احتمال یافتن ذره در یک فاصله کوتاه از محور x ، واقع بین x+dx , x صحبت می‌شود که در آن dx یک طول بینهایت کوچک است. طبیعتا احتمال فوق متناسب با فاصله کوچک dx بوده و و برای نواحی مختلف محور x متغیر خواهد بود. بنابراین احتمال اینکه ذره در فاصله مابین x و x+dx پیدا شود، مساوی g(x)dx است که در اینجا (g(x بیانگر نحوه تغییرات احتمال روی محور x است. تابع (g(x چون برابر مقدار احتمال در واحد طول است، لذا چگالی احتمال نامیده می‌شود.

چون احتمالات ، اعداد حقیقی و غیر منفی‌اند، لذا (g(x باید یک تابع حقیقی باشد که همه جا غیر منفی است. تابع

موج می‌تواند هر مقدار منفی و یا مقادیر مختلط را به خود بگیرد و از این نظر به عنوان یک چگالی احتمال محسوب نمی‌شود. مکانیک کوانتومی به عنوان یک اصل می‌پذیرد که چگالی احتمال برابر است.

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

اندیشه "بوهر" مبنی بر اینکه هر الکترون در اتم ، تنها می‌تواند کمیتهای معین انرژی را دارا باشد، گام مهمی در رشد و تکوین نظریه اتمی بود (مدل اتمی بوهر). نظریه بوهر برای توجیه طیف اتم هیدروژن ، مدلی رضایت بخش ارائه کرد، اما تلاش برای بسط نظریه به منظور تشریح طیف اتمهای دارای بیش از یک الکترون ناموفق بود. دلیل این مشکل به زودی آشکار شد.

در نگرش بوهر ، الکترون به عنوان ذره‌ای باردار متحرک ، در نظر گرفته می‌شود. برای پیش بینی دقیق مسیر یک جسم متحرک ، دانستن مکان و سرعت جسم در هر لحظه معین ضروری است. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ (1926) نشان می‌دهد که تعیین دقیق مکان و اندازه حرکت جسمی به کوچکی الکترون ناممکن است. هرچه تلاش کنیم که یکی از این کمیتها را دقیقتر تعیین کنیم، از دقت کمیت دیگر ، نامطمئن‌تر هستیم.

مشاهده اشیا با دریافت انعکاس پرتوهای نوری که برای روشن کردن آنها بکار رفته است، امکان‌پذیر است. برای تعیین موقعیت جسمی به کوچکی یک الکترون ، تابشی با طول موج به غایت کوتاه مورد نیاز است. چنین تابشی ،‌ طبعا فرکانس بسیار بالایی خواهد داشت و بسیار پرانرژی خواهد بود. وقتی این تابش به الکترون برخورد کند، سبب تغییر تندی و جهت حرکت آن می‌شود. از این رو هر گونه تلاش برای تعیین موقعیت الکترون ، اندازه حرکت آن را به شدت تغییر می‌دهد. فوتونهایی که طول موج بلندتر دارند، کم انرژی‌ترند و تاثیر کمتری بر اندازه حرکت الکترون می‌گذارند، ولی به علت بلندی طول موجشان ، نخواهند توانست موقعیت دقیق الکترون را نشان دهند.

از این رو ، این دو نوع عدم قطعیت با هم مرتبطند. به گفته هایزنبرگ ، حاصلضرب عدم قطعیت در مورد lیک شیء ،

و عدم قطعیت در اندازه حرکت آن ، ، برابر یا بزرگتر از حاصل بخش ثابت پلانک ، است:


عدم قطعیت در اندازه گیری ، برای اشیایی به کوچکی الکترون بسیار مهم است، در حالی که برای اشیا با اندازه معمولی بی‌اهمیت است.


معادله شرودینگر

اصل عدم قطبیت هایزنبرگ نشان می‌دهد که هر نوع کوشش در راه جامعتر و دقیق کردن مدل بوهر ، بی‌نتیجه است، زیرا تعیین دقیق مسیر الکترون در یک اتم ناممکن است. از سوی دیگر ، "شرودینگر" ، رابطه دوبروی را برای تدوین معادله‌ای بکار برد که الکترون را برحسب خصلت موجی آن توصیف می‌کند.

معادله شرودینگر پایه مکانیک موجی است. معادله برحسب یک تابع موجی برای الکترون نوشته می‌شود. وقتی

معادله برای الکترون در اتم هیدروژن حل می‌شود، یک سلسله تابع موجی بدست می‌آید. هر تابع موجی به یک حالت معین انرژی برای الکترون مربوط است و ناحیه‌ای در اطراف هسته را توضیح می‌دهد که در آن ،‌ امکان یافتن الکترون وجود دارد. تابع موجی یک الکترون آنچه را که یک اوربیتال نامیده می‌شود، توضیح می‌دهد.

شدت هر موج ، با مجذور دامنه آن متناسب است. تابع موجی ،
، تابع دامنه است. مقدار
برای یک حجم کوچک در هر موقعیتی در فضا ، متناسب با چگالی بار الکترونی در آن حجم است.

می‌توان تصور کرد که بار الکترون به سبب حرکت سریع الکترون به صورت ابر باردار در فضای دور هسته گسترده شده است. این ابر در برخی نواحی غلیظتر از نواحی دیگر است. احتمال یافتن الکترون در هر ناحیه معین متناسب با چگالی ابر الکترونی در آن ناحیه است. این احتمال در ناحیه‌ای که ابر الکترونی غلیظتر است، بیشتر خواهد بود. این تفسیر کوششی برای توصیف مسیر الکترون ، به عمل نمی‌آورند، بلکه فقط پیش بینی می‌کند که احتمال یافتن الکترون در کجا بیشتر است.



نوع مطلب : ساختار اتم(شیمی) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 


  • تعداد صفحات :33
  • ...  
  • 5  
  • 6  
  • 7  
  • 8  
  • 9  
  • 10  
  • 11  
  • ...